211service.com
Battlefield Medik na čipu
K většině úmrtí na bojišti dochází do půl hodiny po zranění – často příliš rychle na to, aby se voják dostal k lékaři, natož do nemocnice. Ale spolupráce mezi výzkumníky z Kalifornské univerzity v San Diegu (UCSD) a Clarksonovy univerzity v New Yorku má za cíl vše změnit pomocí čipu, který dokáže detekovat zranění a téměř okamžitě je léčit.
Chytrý senzor: Joseph Wang doufá, že pomocí flexibilních elektrod, jako je ta, kterou drží zde, vytvoří čip, který diagnostikuje zranění na bojišti.
V centru výzkumu je stále ve vývoji senzor, který by mohl být použit k nepřetržitému sledování krve, potu nebo dokonce slz vojáka pro biomarkery. Všechny tyto tekutiny obsahují glukózu, kyslík, laktázu a hormon norepinefrin, které kolísají v závislosti na zdraví a úrovni aktivity člověka. Specifické, kolektivní změny v těchto markerech mohou indikovat přítomnost poranění. A jakmile to senzor zachytí, mohl by přenést informace jinam na čipu nebo na jiný čip a spustit uvolnění vhodného léku. To je alespoň myšlenka; skutečnost však může chvíli trvat, než se vyvine.
vedoucí projektu, Joseph Wang , je profesorem nanoinženýrství na UCSD, jehož kancelář je plná elektronických senzorů všech tvarů, ale pouze dvou velikostí: malé a ještě menší. Wangovi, který dříve pomohl vyvinout neinvazivní monitor glukózy, který odebírá vzorky potu, není kontinuální snímání cizí. Ale spíše než zachycovat pouze jeden signál, nový senzor bude muset rozlišovat mezi více markery a interpretovat výsledky.
Za tímto účelem Wang spolupracuje s Clarkson's Jevgenij Katz , který nedávno vytvořil systém, který využívá enzymové logické hradlo nejen k měření kombinace biomarkerů, ale také k použití výsledků k provádění omezené diagnózy. Katzův systém je založen na reakcích řízených enzymem: v přítomnosti určitých enzymatických produktů se odemkne jedna sada bran a spustí se specifická řetězová reakce; jiné produkty spouštějí úplně jinou sadu bran. Konečným výsledkem je logický řetězec, který má potenciál identifikovat určité zdravotní stavy.
Katzova diagnostika enzymové logiky zatím funguje pouze v roztoku. Wang a Katz si ale představují systém, který by používal elektronický senzor, jeden obsahující enzymy, k detekci přítomnosti nebo nepřítomnosti čtyř biomarkerů zmíněných výše: glukózy, kyslíku, laktázy a noradrenalinu. V různých kombinacích mohou tyto biomarkery indikovat různá poranění, jako je trauma mozku nebo šok. V závislosti na poranění by elektrody převedly enzymatické výsledky do kódu, který aktivuje membrány závislé na signálu, aby uvolnily vhodné léky. Pokud by se voják dostal například do hemoragického šoku, elektroda by detekovala stoupající hladiny laktátu, glukózy a norepinefrinu. Jakmile se produktová směs elektrodových enzymů začne měnit, reakce by spustila logické hradlo jedinečné pro šok a potenciálně signál pro uvolnění vhodného léku. Chceme vytvořit chytrý, inteligentní senzor, který dokáže rozlišit mezi různými zraněními, rozhodnout se o léčbě, a jakmile rozpozná zranění, ošetřit přiměřeně, říká Wang.
Pokud to všechno zní trochu teoreticky, je to proto, že to tak je. Katz a Wang očekávají, že to bude čtyři roky, než jejich nově financovaný projekt dosáhne dokončení. V této fázi Katz ani nemůže s jistotou říci, která zranění by jejich systém mohl rozpoznat nebo jak přesně by je mohl léčit. Právě teď, říká, jednoduše navrhují logickou bránu, která dokáže rozlišit mezi různými zraněními – jak vypadají kombinace biomarkerů a enzymatický kód k jejich interpretaci. Dále se rozhodnou, které tělesné tekutiny by fungovaly nejlépe, a odtud mohou začít s návrhem elektrod.
Ze stovek senzorů ve Wangově kanceláři poukazuje na několik, o kterých si myslí, že by mohly být užitečné modely. Jeden, určený ke srolování do těsného válce, je tak malý, že by se vešel do slzného kanálu. Další, větší by mohl mít malý podkožní senzor, který sedí těsně pod kůží. Chceme něco, co by bylo minimálně invazivní, nebo ještě lépe neinvazivní, co by mohlo odebírat vzorky slz, slin nebo potu, říká.
Vědci mají před sebou velký úkol. Myslím, že důležitou výzvou je zjistit z věcí, které mohou vycítit, jak spolehliví [oni] budou v situaci na bojišti, říká Martin Bažant , profesor strojního inženýrství na Stanfordské univerzitě. Budete schopni přidat hodnotu vojákovi, aniž byste přidali váhu nebo riziko poruchy?
Bazant je obeznámen s obtížemi navrhování pro vojáky v boji – byl jedním ze zakládajících členů MIT Ústav pro vojenské nanotechnologie – a poznamenává, že vývoj samotného senzoru by byl velkým přínosem. Mít schopnost spolehlivě detekovat přesné úrovně těchto chemikálií v reálném čase na bojišti – to je již zajímavé, říká. Lékař by to mohl přečíst a použít k určení, jak kritický je pacient, zda je nutná léčba, zda by měl být pacient přesunut na jiné místo. Bažant je však skeptický k použití plně automatizovaného systému pro snímání zranění a dávkování léků v nepřítomnosti zdravotníka.
Pokud budou Wang a Katz úspěšní, jejich projekt najde uplatnění nejen během války, ale i v každodenní medicíně. Lékaři vždy potřebují senzory, které poskytují přesnější obraz toho, co se děje v těle pacienta. Mohl by být přizpůsoben k detekci srdečních markerů – například k rychlé diagnostice srdečního infarktu nebo mrtvice. To může být užitečné, kdykoli máme něco naléhavého, co vyžaduje rychlou akci, říká Wang.