Ny bærbar enhed til at overvåge tumorstørrelse

Ingeniører ved Stanford University har skabt en lille, autonom enhed med en strækbar og fleksibel sensor, der kan klæbes til huden for at måle den skiftende størrelse af tumorer nedenfor. Den ikke-invasive, batteridrevne enhed er følsom over for en hundrededel af en millimeter (10 mikrometer) og kan overføre resultater til en smartphone-app trådløst i realtid med et tryk på en knap.

I praktiske termer, siger forskerne, repræsenterer deres enhed - kaldet FAST for "Flexible Autonomous Sensor Measuring Tumors" - en helt ny, hurtig, billig, håndfri og præcis måde at teste effektiviteten af ​​kræftlægemidler på. I en større skala kan det føre til lovende nye retninger inden for kræftbehandling. FAST er beskrevet detaljeret i et papir offentliggjort 16. september i Science Advances.

Hvert år tester forskere tusindvis af potentielle kræftlægemidler på mus med subkutane tumorer. Få når frem til menneskelige patienter, og processen med at finde nye terapier er langsom, fordi teknologier til måling af tumorregression fra lægemiddelbehandling tager uger at udlæse et svar. Den iboende biologiske variation af tumorer, manglerne ved eksisterende målemetoder og de relativt små prøvestørrelser gør lægemiddelscreeninger vanskelige og arbejdskrævende.

"I nogle tilfælde skal tumorerne under observation måles i hånden med skydelære," siger Alex Abramson, førsteforfatter af undersøgelsen og en nylig postdoc i laboratoriet hos Zhenan Bao, K.K. Lee professor i kemiteknik ved Stanford School of Engineering.

Brugen af ​​metaltang-lignende skydelære til at måle blødt væv er ikke ideel, og radiologiske tilgange kan ikke levere den slags kontinuerlige data, der er nødvendige for vurdering i realtid. FAST kan detektere ændringer i tumorvolumen på minut-tidsskalaen, mens målestok og bioluminescensmålinger ofte kræver uger lange observationsperioder for at udlæse ændringer i tumorstørrelse.

Guldets magt

FASTs sensor er sammensat af en fleksibel og strækbar hudlignende polymer, der inkluderer et indlejret lag af guldkredsløb. Denne sensor er forbundet til en lille elektronisk rygsæk designet af tidligere postdocs og medforfattere Yasser Khan og Naoji Matsuhisa. Enheden måler belastningen på membranen - hvor meget den strækker sig eller krymper - og overfører disse data til en smartphone. Ved at bruge FAST-rygsækken kan potentielle terapier, der er forbundet med tumorstørrelsesregression, hurtigt og sikkert udelukkes som ineffektive eller hurtige til yderligere undersøgelse.

Baseret på undersøgelser med mus siger forskerne, at den nye enhed tilbyder mindst tre væsentlige fremskridt. For det første giver det kontinuerlig overvågning, da sensoren er fysisk forbundet med musen og forbliver på plads i hele forsøgsperioden. For det andet omslutter den fleksible sensor tumoren og er derfor i stand til at måle formændringer, som er svære at gennemskue med andre metoder. For det tredje er FAST både autonom og ikke-invasiv. Den er forbundet til huden - ikke ulig en selvklæbende bandage - batteridrevet og tilsluttet trådløst. Musen kan frit bevæge sig uhindret af enheden eller ledningerne, og videnskabsmænd behøver ikke aktivt at håndtere musene efter sensorplacering. FAST-pakker kan også genbruges, koster kun $60 eller deromkring at samle og kan sættes på musen på få minutter.

Gennembruddet ligger i FASTs fleksible elektroniske materiale. På toppen af ​​den hudlignende polymer er der et lag af guld, som, når det strækkes, udvikler små revner, der ændrer materialets elektriske ledningsevne. Stræk materialet og antallet af revner stiger, hvilket får den elektroniske modstand i sensoren til også at stige. Når materialet trækker sig sammen, kommer revnerne i kontakt igen, og ledningsevnen forbedres.

Både Abramson og medforfatter Matsuhisa, en lektor ved University of Tokyo, karakteriserede, hvordan disse revneudbredelse og eksponentielle ændringer i ledningsevne matematisk kan sidestilles med ændringer i dimension og volumen.

En hindring, som forskerne skulle overvinde, var bekymringen for, at sensoren i sig selv kunne kompromittere målinger ved at lægge unødigt pres på tumoren og effektivt klemme den. For at omgå denne risiko tilpassede de omhyggeligt det fleksible materiales mekaniske egenskaber til huden for at gøre sensoren lige så smidig og smidig som ægte hud.

"Det er et vildledende simpelt design," siger Abramson, "men disse iboende fordele burde være meget interessante for de farmaceutiske og onkologiske samfund. FAST kunne markant fremskynde, automatisere og sænke omkostningerne ved processen med at screene cancerterapier." + Udforsk yderligere

Ny bærbar enhed måler den skiftende størrelse af tumorer under huden