使用可飲用電子傳感器跟蹤癌細(xì)胞的發(fā)育

由于EPFL研究人員提出了一種非正統(tǒng)的方法，患者可能很快就能通過(guò)飲用含有數(shù)百萬(wàn)偽裝成細(xì)菌的微型電子傳感器的解決方案來(lái)追蹤他們的疾病。

想象一下，能夠?qū)崟r(shí)跟蹤病變細(xì)胞的發(fā)展，只需讓患者喝一杯含有數(shù)百萬(wàn)個(gè)微小電子生物傳感器的水即可。一旦攝取了微觀(guān)傳感器，它們將移動(dòng)到患者體內(nèi)的患病組織并通過(guò)遙測(cè)發(fā)送連續(xù)的診斷數(shù)據(jù)流。

這是EPFL綜合系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室(工程/計(jì)算機(jī)和通信科學(xué)學(xué)院)的Sandro Carrara和倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的Pantelis Georgiou的雄心勃勃的目標(biāo)。由于集成電路的納米加工工藝的進(jìn)步，這種技術(shù)現(xiàn)在似乎成為可能。伯克利研究人員在2013年討論了類(lèi)似的概念，他們建議將CMOS電路灑入人體皮層以監(jiān)測(cè)神經(jīng)活動(dòng)。

在EPFL，研究人員打算將身體灰塵用于更一般的目的。他們已經(jīng)展示了理論上如何創(chuàng)建每側(cè)約10μm的CMOS立方體。他們?cè)贗EEE BioCAS會(huì)議上介紹了這些發(fā)現(xiàn)。該概念的理論可行性也已在arXiv的預(yù)印本中進(jìn)行了討論。

科學(xué)家希望徹底改變?cè)\斷方法，讓醫(yī)生更好地了解癌癥等疾病。“今天，醫(yī)生給癌癥患者提供藥物并等待腫瘤細(xì)胞是否消失。但對(duì)于細(xì)胞如何應(yīng)對(duì)特定治療的持續(xù)反饋將具有前所未有的價(jià)值，”卡拉拉說(shuō)。

微觀(guān)傳感器將是立方體形狀并且在其表面上具有三個(gè)互補(bǔ)電極。在患者吞咽它們之后，它們將通過(guò)內(nèi)吞作用的自然過(guò)程穿過(guò)腸壁。但只有當(dāng)患者的身體認(rèn)為傳感器是細(xì)菌或紅細(xì)胞時(shí)，才會(huì)發(fā)生這一過(guò)程。因此，科學(xué)家們計(jì)劃用特殊涂層覆蓋傳感器，并將每側(cè)的縮小至10μm。一旦傳感器進(jìn)入血流，它們將行進(jìn)到受影響的區(qū)域并使用諸如抗體的靶向配體附著到患病細(xì)胞。從那里他們可以追蹤疾病的進(jìn)展。

這些傳感器就像間諜一樣，提供有關(guān)癌細(xì)胞新陳代謝的信息，或者提供給藥的局部濃度。“傳感器表面上的電極能夠識(shí)別它們接觸到的正確蛋白質(zhì)或藥物分子，因?yàn)槊糠N類(lèi)型的分子都會(huì)以不同的方式改變電流，”卡拉拉說(shuō)。將使用無(wú)線(xiàn)能量傳輸系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)。“在患者體外產(chǎn)生電磁場(chǎng)或超聲波，為傳感器充電并收集數(shù)據(jù)。傳感器不含電池，”Carrara補(bǔ)充道。

充實(shí)他們的想法，科學(xué)家們從文獻(xiàn)中具體的例子，例如提請(qǐng)葡萄糖傳感器的10μm左右使用CMOS電路，并具有直徑為僅有2.5微米的簡(jiǎn)單葡萄糖傳感器。此外，2016年已經(jīng)成功地在老鼠身上測(cè)試了一個(gè)覆蓋有生物相容性環(huán)氧樹(shù)脂的10毫米遙測(cè)診斷設(shè)備。然而，該研究團(tuán)隊(duì)仍然需要克服相當(dāng)大的障礙。首先，科學(xué)家們必須將傳感器的每側(cè)縮小到10微米以下，這樣它們的大小與紅細(xì)胞大致相同。然后他們必須證明他們的技術(shù)和充電系統(tǒng)的可行性。

這些微小的傳感器會(huì)有任何副作用嗎?現(xiàn)在，現(xiàn)在說(shuō)還為時(shí)過(guò)早?？茖W(xué)家認(rèn)為，傳感器可以很容易地從患者體內(nèi)消除，無(wú)論是腫瘤本身被移除，還是如果事實(shí)證明沒(méi)有患病組織，那么通過(guò)患者的尿液或糞便。