Ιάπωνες ερευνητές ανέπτυξαν μια «ζωντανή οθόνη αισθητήρα» που μετατρέπει βιομηχανικά σχεδιασμένο δέρμα σε έναν βιολογικό δείκτη, ικανό να απεικονίζει οπτικά εσωτερικές φλεγμονώδεις διεργασίες χωρίς να απαιτείται αιμοληψία.
Οι φορητές συσκευές υγείας, όπως τα έξυπνα ρολόγια, έχουν πλέον γίνει καθημερινότητα, επιτρέποντας τη συνεχή παρακολούθηση φυσιολογικών σημάτων στην επιφάνεια του δέρματος. Μια ερευνητική ομάδα στην Ιαπωνία ανέπτυξε μια βιοϋβριδική προσέγγιση που λειτουργεί εντός του σώματος, μετατρέποντας το βιομηχανικά σχεδιασμένο δέρμα σε ορατό δείκτη εσωτερικών βιολογικών καταστάσεων.
Μια κοινή ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής το Tokyo City University και το Πανεπιστήμιο του Τόκιο, σε συνεργασία με το RIKEN και την Canon Medical Systems Co., παρουσίασε έναν ζωντανό αισθητήρα-οθόνη: ένα μόσχευμα δέρματος σχεδιασμένο να φθορίζει ως απόκριση σε συγκεκριμένους βιοδείκτες, όπως η φλεγμονή.
Όπως αναφέρεται στο περιοδικό Nature Communications, το σύστημα αξιοποιεί τη φυσική αναγέννηση του δέρματος ώστε να υποστηρίζει τη μακροχρόνια παρακολούθηση βιοδεικτών, προσφέροντας οπτική ένδειξη χωρίς αιμοληψία μετά την εμφύτευση και επιτρέποντας μια αξιολόγηση απλώς μέσω παρατήρησης.
Κάτι περισσότερο από δέρμα
Η παρακολούθηση εσωτερικών βιοδεικτών —πρωτεϊνών που υποδηλώνουν φλεγμονή, στρες ή νόσο— βασίζεται συνήθως σε αιμοληψίες ή σε εξωτερικά προσαρτημένους αισθητήρες, οι οποίοι λειτουργούν μόνο για περιορισμένο χρονικό διάστημα.
«Οι συμβατικές προσεγγίσεις είναι συχνά επεμβατικές ή προσφέρουν μόνο στιγμιαία δεδομένα», εξηγεί ο διακεκριμένος καθηγητής Hiroyuki Fujita του Tokyo City University (ομότιμος καθηγητής του Πανεπιστημίου του Τόκιο). «Στόχος μας ήταν να διερευνήσουμε ένα βιολογικά ενσωματωμένο σύστημα που να επιτρέπει συνεχή ανίχνευση και εύκολη ερμηνεία, ακόμη και στο σπίτι».
Για να το πετύχουν αυτό, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν επιδερμικά βλαστοκύτταρα, τα οποία φυσιολογικά διατηρούν και ανανεώνουν το δέρμα σε όλη τη διάρκεια της ζωής. Μέσω γενετικής τροποποίησης, τα κύτταρα αυτά σχεδιάστηκαν ώστε να ανταποκρίνονται σε φλεγμονώδη σήματα —και πιο συγκεκριμένα στην ενεργοποίηση της οδού NF-κB— παράγοντας πράσινη φθορίζουσα πρωτεΐνη (EGFP) όταν ανιχνεύεται φλεγμονή.
Όταν ο αισθητήρας γίνεται μέρος του σώματος
Όταν το σχεδιασμένο δέρμα μεταμοσχεύτηκε σε ποντίκια, ενσωματώθηκε λειτουργικά στον ιστό του ξενιστή. Με την πρόκληση φλεγμονής, η περιοχή του μοσχεύματος εξέπεμπε πράσινο φθορισμό, μετατρέποντας εσωτερικά μοριακά σήματα σε εξωτερικά ορατά.
Επειδή ο αισθητήρας αποτελείται από ζωντανά επιδερμικά βλαστοκύτταρα, διατηρείται μέσω της φυσικής ανανέωσης του δέρματος.
«Σε αντίθεση με τις συμβατικές συσκευές που απαιτούν πηγή ενέργειας ή τακτική αντικατάσταση, αυτό το σύστημα συντηρείται βιολογικά από τον ίδιο τον οργανισμό», αναφέρει ο καθηγητής Shoji Takeuchi του Πανεπιστημίου του Τόκιο. «Στα πειράματά μας, η λειτουργία του αισθητήρα διατηρήθηκε για περισσότερες από 200 ημέρες, καθώς τα τροποποιημένα βλαστοκύτταρα ανανέωναν συνεχώς την επιδερμίδα».
Σύμφωνα με τους ειδικούς με τον τρόπο αυτό δίνεται η δυνατότητα ανίχνευσης βιοδεικτών χωρίς μπαταρίες, καλωδιώσεις ή ενεργή παρέμβαση από τον χρήστη. Αν και η έρευνα επικεντρώθηκε στη φλεγμονώδη σηματοδότηση, η βασική στρατηγική μπορεί να προσαρμοστεί.
Οι ερευνητές σημειώνουν ότι η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε να βρει εφαρμογές πέρα από την ανθρώπινη υγειονομική περίθαλψη, όπως στην έρευνα σε ζώα και την κτηνιατρική, όπου οι οπτικοί δείκτες κατάστασης υγείας θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην έγκαιρη ανίχνευση νόσων σε ζώα που δεν μπορούν να εκφράσουν συμπτώματα.
Πηγή: phys