小さなワイヤレスインプラントが体内の深部の酸素を検出

エンジニアは、皮膚の深部にある組織の酸素レベルをリアルタイムで測定できる小さなワイヤレスインプラントを作成しました。このデバイスは、平均的なてんとう虫よりも小さく、超音波を動力源としており、pHや二酸化炭素などの体内の主要な生化学的マーカーを追跡できるさまざまな小型センサーの作成への道を開きます。これらのセンサーは、いつの日か、機能している臓器や組織内の生化学を監視するための低侵襲的な方法を医師に提供する可能性があります。

酸素は、私たちが食べる食物からのエネルギーを利用する細胞の能力の重要な要素であり、体内のほぼすべての組織が生き残るために安定した供給を必要とします。組織の酸素化を測定するためのほとんどの方法は、体の表面近くで何が起こっているかについての情報しか提供できません。これは、これらの方法が赤外線などの電磁波に依存しているためです。電磁波は、皮膚や臓器組織に数センチしか浸透できません。深部組織の酸素化に関する情報を提供できる磁気共鳴画像法のタイプがありますが、それらは長いスキャン時間を必要とするため、リアルタイムでデータを提供することはできません。

超音波は、周波数が高すぎて人間の耳では検出できない音の一種であり、電磁波よりもはるかに長い距離で身体を無害に伝わる可能性があり、すでに医学における超音波画像技術の基礎となっています。

酸素センサーを組み込むには、LED光源と光検出器の両方を小さなデバイスに統合するだけでなく、センサーを操作して読み取るためのより複雑な電子制御のセットを設計する必要がありました。このタイプの酸素センサーは、血液中の酸素飽和度を測定するために使用されるパルスオキシメータとは異なります。パルスオキシメータは、酸素化された血液中のヘモグロビンの割合を測定しますが、新しいデバイスは、組織内の酸素量を直接測定することができます。

このデバイスの潜在的な用途の1つは、臓器移植を監視することです。これは、臓器移植後数か月で血管合併症が発生する可能性があり、これらの合併症が移植片の機能不全につながる可能性があるためです。腫瘍の低酸素症の測定にも使用でき、医師ががんの放射線療法を指導するのに役立ちます。

未熟児では、酸素補給が必要になる場合がありますが、医師は酸素濃度の信頼できる組織の読み取り値を持っていません。このデバイスのさらに小型化されたバージョンは、集中治療室での早産児の酸素曝露をより適切に管理し、未熟児網膜症や慢性肺疾患などの過剰な酸素曝露の悪影響を最小限に抑えるのに役立ちます。

センサーを収容することで技術をさらに向上させ、体内で長期間生き残ることができるようにすることができます。デバイスをさらに小型化すると、現在手術が必要な移植プロセスも簡素化されます。さらに、センサーの光学プラットフォームは、体内の他の生化学を測定するために容易に適合させることができます。酸素センサー用に構築されたプラットフォームを変更するだけで、デバイスを変更して、たとえば、pH、活性酸素種、グルコース、または二酸化炭素を測定できます。パッケージを小さくすることができれば、デバイスを針で、または腹腔鏡手術によって体内に注入することができ、移植がさらに容易になります。