Sporing af kræftcelleudvikling med drikkelige elektroniske sensorer

Takket være en uortodoks tilgang foreslået af EPFL -forskere, patienter kan snart være i stand til at spore deres sygdom blot ved at drikke en løsning, der indeholder millioner af små elektroniske sensorer forklædt som bakterier.

Forestil dig at kunne spore udviklingen af ​​syge celler i realtid, simpelthen ved at få patienter til at drikke et glas vand, der indeholder millioner af bittesmå elektroniske biosensorer. Når de mikroskopiske sensorer er indtaget, de ville rejse til sygt væv i en patients krop og sende en kontinuerlig strøm af diagnostiske data via telemetri.

Det er det ambitiøse mål, Sandro Carrara fra EPFL's Integrated Systems Laboratory (School of Engineering/ Computer and Communication Sciences) og Pantelis Georgiou fra Imperial College London har sat sig. Sådan teknologi synes nu mulig takket være fremskridt inden for nanofabrikationsprocesser til integrerede kredsløb. Berkeley -forskere havde diskuteret et lignende koncept i 2013, hvor de foreslog at sprøjte CMOS -kredsløb ind i den menneskelige cortex for at overvåge neural aktivitet.

På EPFL, forskerne agter at bruge kropsstøv til et mere generelt formål. De har allerede vist, hvordan en teoretisk CMOS -terning på omkring 10 µm på hver side kunne oprettes. De præsenterede disse resultater på IEEE BioCAS -konferencen. Den teoretiske gennemførlighed af konceptet er også blevet diskuteret i et fortryk på arXiv.

Forskerne håber at revolutionere diagnostiske metoder og give læger en bedre forståelse af sygdomme som kræft. "I dag giver læger medicin til kræftpatienter og venter på at se, om tumorcellerne forsvinder. Men at have kontinuerlig feedback på, hvordan cellerne reagerer på en given behandling, ville have en hidtil uset værdi, "siger Carrara.

De mikroskopiske sensorer ville være terningformede og have tre komplementære elektroder på deres overflader. Efter at en patient har slugt dem, de ville passere gennem tarmvæggene via den naturlige proces med endocytose. Men den proces kan kun ske, hvis patientens krop tror, ​​at sensorerne er bakterier eller røde blodlegemer. Så forskerne planlægger at dække sensorerne med en særlig belægning og krympe dem til 10 µm på hver side. Når sensorerne kommer ind i blodstrømmen, de ville rejse til det berørte område og vedhæfte sig til syge celler ved hjælp af målrettede ligander såsom antistoffer. Derfra kunne de følge sygdommens fremskridt.

Sensorerne ville fungere som spioner, levere information om en kræftcelles metabolisme, for eksempel, eller på den lokale koncentration af et lægemiddel, der var blevet administreret. "Elektroderne på sensorernes overflader ville være i stand til at identificere det rigtige protein eller lægemiddelmolekyle, de kommer i kontakt med, fordi hver type molekyle ville ændre strømmen på en anden måde, "siger Carrara. Dataene ville blive indsamlet ved hjælp af et trådløst energitransmissionssystem." Et elektromagnetisk felt eller ultralydsbølger ville blive genereret uden for en patients krop for at oplade sensorerne og indsamle data. Sensorerne indeholder ikke batterier, "tilføjer Carrara.

For at realisere deres idé, forskerne trak på konkrete eksempler i litteraturen, såsom glukosesensorer på omkring 10 µm, der bruger CMOS -kredsløb, og en simpel glukosesensor med en diameter på kun 2,5 µm. Ud over, en 10 mm telemetrisk diagnostisk enhed, der er dækket med en biokompatibel epoxyharpiks, blev allerede med succes testet på mus i 2016. Imidlertid blev forskergruppen har stadig betydelige forhindringer at overvinde. Først, forskerne skal krympe sensorerne til under 10 µm på hver side, så de er omtrent lige store som røde blodlegemer. Derefter skal de demonstrere gennemførligheden af ​​både deres teknologi og opladningssystemet.

Ville disse små sensorer have nogen bivirkninger? For nu, det er for tidligt at sige. Forskerne mener, at sensorerne let kan elimineres fra en patients krop, enten når selve tumoren fjernes eller, hvis det viser sig, at der ikke er noget sygt væv, derefter gennem patientens urin eller afføring.