Künstlerische Darstellung. (Institut für Industriewissenschaften/Universität Tokio) Wissenschaftler in Japan haben einen papierbasierten Sensor entwickelt, der mit einer Reihe extrem kleiner Mikronadeln ausgestattet ist, die ihrer Meinung nach schmerzlos in die menschliche Haut eindringen können, um eine schnelle und einfache Methode zur Durchführung diagnostischer Tests für Erkrankungen wie … zu ermöglichen Prä-Diabetes .
Mikronadeln Dabei handelt es sich um winzige Spitzen, die so klein sind, dass sie in Mikrometern (ein Tausendstel Millimeter) gemessen werden. Sie sollen nur die äußerste Hautschicht durchstechen und die tiefer in der Dermis liegenden Sinnesnerven nicht erreichen.
Aufgrund dieser geringen Penetration und ihrer einfachen Anwendung über Pflaster sind Mikronadeln für bestimmte Aspekte der Arzneimittelverabreichung bahnbrechend, darunter Dinge wie Grippeimpfungen Und Insulin , und sie haben sogar eine gespielt kleine Rolle bei der Impfstoffentwicklung für Coronavirus .
Die einzigartigen Abmessungen von Mikronadeln gehen jedoch weit über herkömmliche Medikamente hinaus.
Künstlerische Darstellung. (Institut für Industriewissenschaften/Universität Tokio)
Diese winzigen Stacheln sind so klein, dass sie uns dabei helfen könnten, Dinge zu injizieren, in denen herkömmliche Nadeln unpraktisch oder unmöglich wären: z Abgabe von Medikamenten an Pflanzen oder direkt ins Auge . Vielleicht können wir sie sogar dazu nutzen überschüssiges Körperfett auflösen , was die bisher schmerzloseste künstliche Art des Abnehmens darstellen könnte.
Während die Möglichkeiten für Injektionen spannend sind, erforscht ein anderer Forschungsbereich das diagnostische Potenzial von Mikronadeln zur Erkennung von Krankheiten das könnte bereits vorhanden sein, was im Mittelpunkt der neuen japanischen Forschung steht.
In einem Kürzlich durchgeführte Studie Unter der Leitung des leitenden Forschers und Mikronadel-Ingenieurs Beomjoon Kim von der Universität Tokio untersuchte das Team, wie man ein Mikronadel-Array herstellen kann, das schnell und einfach analysiert werden kann interstitielle Flüssigkeit (ISF) in der Epidermis, um unsere Abhängigkeit von herkömmlichen Injektionsnadeln zu verringern, die viel invasiver und schmerzhafter sind und für deren Verwendung eine Schulung erforderlich ist.
„Wir haben dieses Problem überwunden, indem wir eine Möglichkeit entwickelt haben, poröse Mikronadeln mit papierbasierten Sensoren zu kombinieren“, sagt Kim .
„Das Ergebnis ist kostengünstig, wegwerfbar und erfordert keine zusätzlichen Instrumente.“
Um ihren Mikronadelsensor herzustellen, goss das Team eine geschmolzene Mischung aus einem biologisch abbaubaren Polymer und Salz in kegelförmige Hohlräume, ähnlich wie man Teig in ein Cupcake-Blech gießt.
(Lee et al., Medical Devices & Sensors, 2020)
Sobald die Mikronadeln erstarrt waren, wurden sie mit einer Lösung behandelt, die sie porös machte, indem ihr Salzgehalt entfernt wurde, und dann an einem kleinen Stück Papier befestigt, das an einem Glukosesensor befestigt war – etwas, das das Team behauptet, noch nie zuvor gemacht worden zu sein, was die sonst übliche Anleitung beschleunigt Prozess der Entnahme von ISF-Proben aus den Nadeln.
Die Idee dahinter ist, dass, wenn die winzigen, porösen Spitzen in die Epidermis injiziert werden, ihre offenen Poren Flüssigkeit in der interstitiellen Flüssigkeit aufsaugen, die viele Biomarker enthält. Im Versuchsaufbau des Teams ist Glukose der vorgesehene Biomarker, der theoretisch von den porösen Mikronadeln auf das Papier und dann auf den Glukosesensor fließen würde.
Bisher wurde das Gerät im Labor nur mit Gel aus Gel getestet Agarose , aber beim Testen funktionierten die Mikronadeln wie erwartet, wobei der Sensor den Glukosespiegel in der Gelprobe erfasste.
„Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Farbveränderung aufgrund der unterschiedlichen Glukosekonzentration“, erklären die Autoren in ihrem Artikel .
„Das hergestellte Gerät kann Diabetiker identifizieren und eignet sich daher für die POC-Diagnose. Wir gehen davon aus, dass es eine nützliche Plattform für ein minimalinvasives Diagnosegerät bieten könnte.“
Die Wissenschaftler beabsichtigen nun, ihren Proof-of-Concept weiter zu testen, indem sie Experimente mit menschlichen Teilnehmern durchführen, um zu bestätigen, dass es unter realen Diagnosebedingungen wie erwartet funktioniert.
Wenn dies der Fall ist, könnten wir in Zukunft viel mehr als nur die Glukoseüberwachung in Betracht ziehen, schlagen sie vor – und das alles, ohne einen einzigen Tropfen Blut zu vergießen.
„Natürlich sind Prädiabetes-Tests nur eine Anwendung der Technologie“, sagt Erstautor und Doktorand Hakjae Lee.
„Der papierbasierte Sensor kann je nach Biomarker, den Sie überwachen möchten, variieren.“
Über die Ergebnisse wurde berichtet Medizinische Geräte und Sensoren .