Вы имеете больше шансов выиграть войну, если у Вас хорошая разведка, которая информирует Вас о враге. Этот принцип также справедлив и для борьбы против рака. В этой ситуации бесценным инструментом может стать имплантируемый биосенсор, который отсылает актуальную информацию о текущем состоянии опухоли и как она отвечает на лечение.

биосенсорСенсор помещается на кончике иглы для биопсии

Это и является целью ученых из Массачусетского технологического института в Кембридже, штат Массачусетс, которые разработали такое устройство и описали его в журнале Labon a Chip.

Чтобы проводить мониторинг ответа рака на лечение, врачи в настоящее время полагаются на результаты магнитно-резонансной томографии и других технологий визуализации, а также биопсию тканей.

Но эти методы могут только предоставить снимок, который уже в прошлом на тот момент, когда проводится анализ результатов. Кроме того, в случае биопсии, существует ограничение того, сколько раз Вы можете вторгнуться в организм с помощью рискованной процедуры, чтобы взять образец.

Теперь исследователи из Института интегративных исследований рака Коха на базе Массачусетского технологического института разработали имплантируемое устройство, которое обещает предоставлять данные об состоянии опухоли в режиме реального времени. Такое устройство предоставляет врачам возможность изменять дозировку лекарственных средств, и потенциально уменьшить нежелательные побочные эффекты.

Один из разработчиков, Майкл Чима, профессор инженерии и старший автор исследования, сказал: «Мы хотели создать устройство, которое может дать нам химический сигнал о том, что происходит с опухолью. Вместо того, чтобы ждать месяцами, когда можно увидеть, что опухоль уменьшается, Вы можете получить ранние показатели и посмотреть, двигаетесь ли Вы в правильном направлении».

Биосенсор проводит мониторинг pH и растворенного кислорода

Биосенсор проводит мониторинг двух биомаркеров: pH (показатель кислотности) и растворенный кислород. Это ценные показатели того, как опухоль реагирует на лечение. Если химиотерапия начинает давать эффект, ткань опухоли становится более кислой.

«Вы можете многократно наблюдать химический ответ прежде, чем Вы увидите то, что опухоль на самом деле уменьшается», — говорит профессор Чима. Он объясняет, что, на самом деле, некоторые лекарственные препараты могут даже запустить иммунный ответ, который вызывает воспаление, которое, в свою очередь, может привести к тому, что это будет выглядеть так, как будто опухоль растет. А на самом деле это лечение дает эффект.

Измеряя растворенный кислород, биосенсор помогает врачам определить необходимую дозу лечения, так как опухоли разрастаются в условиях с низким содержанием кислорода (гипоксия).

Крошечный биосенсор настолько мал, что помещается на кончике иглы для биопсии. Он изготовлен из биосовместимого пластикового корпуса, заключающего 10 мл химического контраста, который обычно используется в МРТ, и некоторую электронику для отправки показаний к внешнему устройству.

Мощность устройства зависит от внешнего считывателя. В устройстве есть небольшая катушка, а в считывателе – большая. Электрический ток намагничивает катушку в считывателе, которая, при помощи процесса под названием взаимная индуктивность, заряжает катушку сенсора, когда он рядом.

Чтобы получить показания, считыватель отсылает серию импульсов, которые приводят к тому, что сенсор отправляет сигналы, которые интерпретируются компьютером, присоединенным к считывателю. Компьютер превращает сигналы от сенсора в показатели, которые указывают на изменения уровней биомаркеров.

Испытания показали, что биосенсор – быстрое, точное и надежное устройство

Чтобы проверить устройство, ученые имплантировали его крысам. Испытания показали, что датчики могут отправлять быстрые, точные, надежные сигналы о pH и концентрации кислорода в тканях.

Теперь исследователи хотят увидеть, насколько хорошо сенсор измеряет изменения pH в течение длительных периодов времени. «Я хочу разместить эти зонды так, чтобы мы могли использовать их для наблюдения за ответом опухоли», — говорит профессор Чима.

Он прогнозирует, что сенсоры будут использоваться для мониторинга состояния пациентов в течение многих лет.

«Есть тысячи людей, которые живы сегодня, поскольку имеют имплантированные электронные устройства – например кардиостимуляторы и дефибрилляторы, — отмечает профессор Чима. – Мы делаем эти датчики из материалов, из которых сделаны эти долгосрочные имплантаты. А учитывая то, что они очень маленькие, я не думаю, что они будут вызывать проблемы».

Хотя оказание помощи при раке является основным направлением их работы, исследователи также видят и другие области применения биосенсора и хотели бы работать с учеными в других областях, таких как наука об окружающей среде. Профессор Чима объяснил: «Например, Вы могли бы использовать устройство для измерения растворенного кислорода или pH в многих различных местах озера или пруда. Я думаю, что эти сенсоры могут принести много данных для мониторинга окружающей среды».