リアルタイム無線インプラントで微小深部組織酸素監視を実現
エンジニアたちは、テントウムシより小さい微小無線インプラントを開発し、皮膚深部の組織酸素レベルをリアルタイム測定可能にしました。超音波で駆動されるこのデバイスは、pHや二酸化炭素など体内の主要生化学マーカーを追跡する多様な微小センサー創出への道を開きます。これらセンサーは将来、機能する臓器と組織内の生化学を最小侵襲で監視する方法を医師に提供するかもしれません。
酸素は、食物からエネルギーを引き出す細胞能力の鍵であり、体内ほぼすべての組織が生存のために安定供給を必要とします。組織酸素化測定のほとんどの方法は、体表面付近の情報しか提供できません。これらの方法は赤外線などの電磁波に依存し、皮膚や臓器組織へ数センチしか浸透できないからです。深部組織酸素化情報を提供する磁気共鳴画像法もありますが、長いスキャン時間が必要でリアルタイムデータ提供ができません。
人間の耳では検知できない高周波音である超音波は、電磁波よりはるかに長距離を人体内で無害に伝播でき、医療用超音波画像技術の基盤となっています。
酸素センサーの組み込みには、微小デバイス内にLED光源と光学検出器の両方を統合し、センサー操作と読み出し用のより複雑な電子制御セットを設計することが含まれました。このタイプの酸素センサーは、血中酸素飽和度を測定するパルスオキシメーターとは異なります。パルスオキシメーターは血中ヘモグロビンの酸素化割合を測定しますが、新デバイスは組織内酸素量を直接測定できます。
デバイスの潜在用途の一つは臓器移植監視です。移植後数ヶ月で血管合併症が発生し、移植片機能不全につながる可能性があります。腫瘍低酸素測定にも使用でき、医師のガン放射線治療ガイドに役立ちます。
未熟児では補助酸素が必要になる場合がありますが、医師は信頼できる組織酸素濃度読み取りを持っていません。このデバイスのさらなる微小化版は、集中治療室の未熟児酸素曝露管理を改善し、過剰酸素曝露の負の帰結である未熟児網膜症や慢性肺疾患の最小化に役立つかもしれません。
センサーを長期体内生存可能な形でハウジングすれば技術はさらに改良できます。デバイスのさらなる微小化も移植プロセスを簡素化します。現在は手術が必要です。また、センサーの光学プラットフォームは体内他の生化学測定に容易に適応可能です。酸素センサー用に構築したプラットフォームを変えるだけで、pH、活性酸素種、グルコース、二酸化炭素などの測定に対応できます。パッケージをより小さくできれば、針注射や腹腔鏡手術で体内に注入可能になり、移植がさらに容易になります。
センサー
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