szukaj
Badanie na śniadanie
Ptasia grypa, choroba szalonych krów, melamina, dioksyny w żywności i inne szkodliwe chemikalia w naszym otoczeniu to przykłady zagrożeń, których wykrycie w porę może uratować życie wielu ludziom. Są już urządzenia robiące to szybciej, dokładniej i taniej niż tradycyjne laboratoria.

Spektakularnym przykładem możliwości współczesnej elektroniki medycznej było przebadanie w krótkim czasie blisko 60 tys. chińskich niemowląt karmionych mlekiem z melaminą. Dzięki półprzewodnikowym biochipom takie analizy można było wykonać dziesięciokrotnie szybciej i 20 razy taniej niż metodami klasycznymi. Podobne sukcesy osiągnięto w 2007 r. w Indonezji podczas epidemii ptasiej grypy. Na konferencji Nanobiosensors, zorganizowanej na Hawajach w czerwcu 2006 r. przez American Society of Civil Engineers, pokazano przenośne urządzenie VereFlu firmy Veredus Labs, które wykrywa we krwi wirusy grypy i określa ich rodzaj w czasie niespełna 2 godz. Tradycyjnymi sposobami trwa to kilka dni.
 

Prace nad biochipami – półprzewodnikowymi czujnikami chemicznymi (często nazywanymi lab-on-chip lub biosensorami; patrz ramka) – rozpoczęły się na Stanford University już w połowie lat 70. ubiegłego wieku. Opracowany tam gazowy czujnik chromatograficzny okazał się na tyle obiecujący, że zainteresowała się nim DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), amerykańska agencja finansująca projekty militarne. We współpracy z kilkoma amerykańskimi uczelniami uruchomiła wkrótce program badawczy, którego celem było opracowanie systemów detekcji zagrożeń chemicznych i biologicznych na użytek wojska. Miały one stanowić indywidualne wyposażenie żołnierzy i umożliwić w warunkach polowych samodzielne badanie krwi, m.in. pod kątem obecności toksyn oraz wirusów i bakterii, których mógłby użyć nieprzyjaciel. Z oczywistych powodów takie laboratorium należało zbudować na jednej strukturze (chipie).

Po latach badań naukowcy z firmy Agilent (wcześniej Hewlett-Packard) uruchomili produkcję stacji analiz chemicznych ChemLab, w której zastosowano czujniki półprzewodnikowe. Zawierały one praktycznie prawie kompletne laboratorium analityczne, m.in. mikromechaniczne wirówki i zawory, grzałki, ultradźwiękowe myjki oraz pipety przystosowane do wychwytywania pojedynczych komórek, których średnica wynosi ok. 8 µm. Powierzchnia takich czujników miała zaledwie 70 mm kw.

Początkowo był problem z dołączeniem do nich mikropomp, które służyły do rozprowadzania badanej substancji po strukturze czujnika. Na początku 2008 r. na MIT uporano się z nim i zbudowano prototypy kompletnych jednochipowych, czyli zasługujących na miano prawdziwych lab-on-chip, czujników analitycznych. Znajdą one zastosowania nie tylko do badań krwi i wykrywania w niej wirusów lub bakterii, do monitorowania jakości wody pitnej i jedzenia, ale także do testów genetycznych i opartych na nich próbach wykrywania nowotworów.

Pomysłowość konstruktorów urządzeń medycznych dorównuje fantazji scenarzystów hollywoodzkich filmów, takich jak „Fantastyczna podróż” z 1966 r. lub „Interkosmos” z 1987. Są już bowiem stosowane zminiaturyzowane kapsuły diagnostyczne zastępujące endoskop. Wyglądem przypominają dużą pigułkę i są wyposażone we własne źródło światła, miniaturową kamerę oraz system rejestracji i bezprzewodowej transmisji danych. Najpopularniejsze kapsuły starszych generacji (m.in. Norika, SmartPill oraz PillCam) wymagają zasilania bateryjnego, ale są już w fazie prób klinicznych kapsułki Sayaka zasilane bezprzewodowo, opisane m.in. w „World Journal of Gastroenterology”.

Taka kapsułka po połknięciu porusza się w przewodzie pokarmowym dzięki ruchom perystaltycznym jelit, wykonując serię (w 8 godz. nawet do 50 tys.) kolorowych zdjęć o wysokiej rozdzielczości. Mogą być odczytywane na bieżąco za pomocą niewielkiego odbiornika zamocowanego na brzuchu pacjenta, w niektórych rozwiązaniach jest to możliwe dopiero po wydaleniu kapsułki. Ta nowatorska technika diagnostyczna jest określana mianem M2A – Mouth to Anus. Jak zapewnia na łamach „Visible Human Journal of Endoscopy” Sahil Bansal z firmy Zarlink, współtwórca tej techniki, jakość obrazów uzyskiwanych za pomocą kapsuł już dziś jest porównywalna z klasyczną endoskopią, a niebawem ją przewyższy.

Ale zdaniem Jerzego Gila, Łukasza Jałochy i Stanisława Wojtuni z Kliniki Gastroenterologii Wojskowego Instytutu Medycznego w Warszawie, o czym pisali w maju 2007 r. w „Polskim Merkuriuszu Lekarskim”, badania tego typu nie zastąpią na razie klasycznej gastroskopii ani kolonoskopii m.in. dlatego, że nie umożliwiają biopsji. Nie zmienia to faktu, że jakość diagnostyki schorzeń w jelicie cienkim z wykorzystaniem kapsułek endoskopowych lekarze oceniają wysoko, nie mówiąc o komforcie pacjenta. Skuteczność nowego narzędzia potwierdzają wyniki: odsetek pacjentów, u których ustalono przyczynę objawów chorobowych we wszystkich badanych patologiach jelita cienkiego, sięga 65 proc., a w przypadku krwawienia i rozpoznania choroby Crohna odpowiednio 75 i 70 proc.

Od kilku lat testom klinicznym poddawane są także kapsułki umożliwiające pomiar różnych parametrów w poszczególnych odcinkach przewodu pokarmowego, m.in. ciśnienia w przełyku, wartości współczynnika pH, a także wykrycie niektórych bakterii i białek. W Engelhardt Institute of Molecular Biology Rosyjskiej Akademii Nauk w Moskwie trwają badania, które mają doprowadzić do zbudowania kapsułki wykrywającej najczęściej spotykane odmiany nowotworów przewodu pokarmowego. Jak donoszą autorzy projektu w artykułach publikowanych w „Biomedical Imaging and Intervention Journal”, pierwszy etap tego projektu ma się zakończyć w 2011 r.

Innym nowatorskim pomysłem jest wykorzystanie kapsułkowych laboratoriów do dawkowania leków uwzględniających indywidualny profil biologiczno-chemiczny pacjenta. Zazwyczaj ustalają to lekarze, kierując się zaleceniami podanymi przez producentów. Naukowcy z Philipsa skonstruowali „inteligentną” pigułkę o nazwie iPill, która podaje tylko tyle leku, ile to konieczne. Zawiera ona zbiornik, pompę dozującą, czujnik temperatur, ciśnienia i współczynnika pH, dzięki czemu można zaprogramować, kiedy i w jakich dawkach lek ma być uwalniany. Podobne rozwiązanie przedstawili naukowcy z amerykańskiego Oak Ridge National Laboratory. Nad innymi trwają prace w Institute for Biomedical Engineering w St. Ingbert w Niemczech.

Przedstawione rozwiązania ograniczają się na razie do diagnostyki i leczenia przewodu pokarmowego. Dalsza miniaturyzacja elementów półprzewodnikowych i mechanicznych pozwoli niebawem zbudować kapsułki diagnostyczne wstrzykiwane bezpośrednio do krwiobiegu. Kiedy to nastąpi? Zdaniem specjalistów około 2015 r.
 

Czytaj także

W nowej POLITYCE

Zobacz pełny spis treści »

Poleć stronę

Zamknij
Facebook Twitter Google+ Wykop Poleć Skomentuj