Μηχανικοί του M.I.T. έχουν αναπτύξει έναν τρόπο για να αποθηκεύουν ιατρικές πληροφορίες κάτω από το δέρμα, χρησιμοποιώντας βαφή κβαντικών κουκκίδων (μικροσκοπικών ημιαγωγών) η οποία μεταφέρεται με ένα γυαλάκι με ενσωματωμένες μικροβελόνες. Η βαφή, αόρατη με γυμνό μάτι, μπορεί αργότερα να διαβαστεί με ειδικά προσαρμοσμένο έξυπνο κινητό τηλέφωνο. Ειδική βαφή, που μεταφέρεται μαζί με ένα εμβόλιο, θα μπορούσε να ενεργοποιεί μια (ενσωματωμένη) πάνω στο ασθενή αποθήκη ιστορικού εμβολιασμών.
Της Anne Trafton, Δεκέμβριος του 2019
Κάθε χρόνο οι ελλείψεις στους εμβολιασμούς οδηγούν σε περίπου 1.500.000 θανάτους που θα μπορούσαν να είχαν προληφθεί, κυρίως στις αναπτυσσόμενες χώρες. Ένας παράγοντας που καθιστά τις εκστρατείες εμβολιασμού σε αυτά τα κράτη πιο δύσκολες είναι ότι υπάρχει ελάχιστη οργάνωση για την αποθήκευση ιατρικών αρχείων, όποτε συχνά δεν είναι εύκολο να καθοριστεί ποιός χρειάζεται ένα συγκεκριμένο εμβόλιο.
Ερευνητές του Μ.Ι.Τ. έχουν αναπτύξει έναν καινοτόμο τρόπο αρχειοθέτησης του ιστορικού εμβολιασμού των ασθενών: αποθηκεύοντας δεδομένα σε μια διάταξη φτιαγμένη από βαφή, αόρατη στο γυμνό μάτι, η οποία μεταφέρεται κάτω από το δέρμα την ίδια στιγμή με το εμβόλιο.
«Σε περιοχές όπου οι χάρτινες κάρτες εμβολιασμού συχνά χάνονται ή δεν υπάρχουν καθόλου και οι ηλεκτρονικές βάσεις δεδομένων είναι ανήκουστες, αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να ενεργοποιήσει τον γρήγορο και ανώνυμο εντοπισμό του ιστορικού εμβολιασμών των ασθενών για να επιβεβαιώνεται ότι κάθε παιδί είναι πλήρως εμβολιασμένο», λέει ο Kevin McHugh, πρώην μεταδιδακτορικός ερευνητής του Μ.Ι.Τ., ο οποίος είναι τώρα διατελεί αναπληρωτής καθηγητής στη βιολογική μηχανική («bioengineering») στο Πανεπιστήμιο Rice.
Οι ερευνητές έδειξαν ότι η νέα τους βαφή, η οποία αποτελείται από νανοκρύσταλους που ονομάζονται κβαντικές κουκκίδες, μπορεί να παραμείνει κάτω από το δέρμα για 5 χρόνια το λίγοτερο, όπου εκπέμπει υπέρυθρη ακτινοβολία (NIR), η οποία μπορεί να ανιχνευθεί από ειδικά εξοπλισμένο κινητό.
Ο McHugh και ο πρώην επισκέπτης ερευνητής Lihong Jing είναι οι συγγραφείς που ηγούνται της εργασίας, η οποία θα εμφανιστεί σήμερα στην εκπομπή Science Translational Medicine. Η Ana Jaklenec, επιστήμονας στον τομέα της έρευνας στο Ινστιτούτο Koch του ΜΙΤ για έρευνα στον ολιστικό τρόπο αντιμετώπισης του Καρκίνου, και ο Robert Langer, ο καθηγητής του Ινστιτούτου David H. Koch στο Μ.Ι.Τ., είναι οι επιβλέποντες συγγραφείς αυτής της εργασίας.
Ένα αόρατο αρχείο
Μερικά χρόνια πριν, η ομάδα του Μ.Ι.Τ. ξεκίνησε με σκοπό να αναπτύξει μια μέθοδο για την αρχειοθέτηση πληροφοριών σχετικών με τον εμβολιασμό με τρόπο που να μην απαιτείται μια κεντρική βάση δεδομένων, ή κάποια άλλη οργάνωση. Πολλά εμβόλια όπως το εμβόλιο για ιλαρά, ερυθρά και
παρωτίτιδα (ΜΜR) απαιτούν πολλές δόσεις οι οποίες δίνονται ανά συγκεκριμένα χρονικές διαστήματα, χωρίς έγκυρα αρχεία τα παιδιά μπορεί να μη λαμβάνουν τις αναγκαίες δόσεις.
«Για να είναι κάποιος προστατευμένος από την πλειονότητα των παθογόνων μικροοργανισμών απαιτούνται πολλαπλοί εμβολιασμοί», λέει η Jaclenec. «Σε κάποιες περιοχές στον αναπτυσσόμενο κόσμο, μπορεί να είναι πολύ δύσκολο να επιτευχθεί αυτό, μιας και υπάρχει έλλειψη στα δεδομένα όσον αφορά το ποιος έχει εμβολιαστεί και αν χρειάζονται επιπρόσθετοι εμβολιασμοί ή όχι».
Για να δημιουργηθεί ένα «πάνω στον ασθενή» αποκεντρωμένο ιατρικό αρχείο οι ερευνητές ανέπτυξαν έναν νέο τύπο κβαντικών κουκκίδων με βάση από χαλκό, τα οποία εκπέμπουν φως στην περιοχή του υπέρυθρου. Οι κουκκίδες είναι μόνο περίπου 4 nm σε διάμετρο, άλλα περικλείονται σε βιοσυμβατά μικροσωματίδια τα οποία σχηματίζουν σφαίρες με διάμετρο περίπου 20 μm. Η περίκλειση αυτή επιτρέπει στη βαφή να παραμείνει σταθερή στη θέση της κάτω από το δέρμα μετά την ένεση.
Οι ερευνητές σχεδίασαν τη βαφή τους για να μεταφέρεται από ένα γυαλάκι με ενσωματωμένες μικροβελόνες και όχι με τη παραδοσιακή σύριγγα με βελόνα. Τέτοια γυαλάκια αναπτύσσονται για να μεταφέρουν εμβόλια για ιλαρά, ερυθρά και άλλες ασθένειες, και οι ερευνητές έδειξαν ότι η βαφή τους θα μπορούσε εύκολα να ενσωματωθεί στα ειδικά γυαλάκια.
Οι μικροβελόνες που χρησιμοποιούνται σε αυτήν τη μελέτη είναι φτιαγμένες από μια μίξη από διαλυτό σάκχαρο και ένας πολυμερές που ονομάζεται PVA, όπως και η βαφή κβαντικών κουκκίδων, και το εμβόλιο. Όταν το γυαλάκι εφαρμόζεται στο δέρμα, οι μικροβελόνες, μήκους 1,5 mm, διαλύονται μερικώς, απελευθερώνοντας το φορτίο τους εντός περίπου δύο λεπτών.
Με την επιλεκτική φόρτωση μικροσωματιδίων μέσα στις μικροβελόνες, τα γυαλάκια μεταφέρουν μία διάταξη μέσα στο δέρμα η οποία είναι αόρατη στο γυμνό μάτι αλλά μπορεί να σκαναριστεί με ένα κινητό από το οποίο έχει αφαιρεθεί το υπέρυθρο φίλτρο. Το γυαλάκι μπορεί να προσαρμοστεί, για να αποτυπώνει διαφορετικές διατάξεις, οι οποίες αντιστοιχούν στον τύπο του εμβολίου που μεταφέρεται.
«Υπάρχει περίπτωση μια μέρα η προσέγγιση του «αόρατου» να μπορούσε να δημιουργήσει νέες δυνατότητες για την αποθήκευση δεδομένων, το biosensing, και την εφαρμογή εμβολίων που θα μπορούσαν να βελτιώσουν τον τρόπο με τον οποίο η ιατρική φροντίδα παρέχεται, ιδιαίτερα στον αναπτυσσόμενο κόσμο», λεει ο Langer.
Αποτελεσματική ανοσοποίηση
Δοκιμασίες που έγιναν χρησιμοποιώντας δέρμα από ανθρώπινα πτώματα έδειξαν ότι οι διατάξεις από βαφή κβαντικών κουκκίδων μπορούν να εντοπιστούν από κάμερες κινητών μετά από έως και πέντε χρόνια τεχνητής έκθεσης στον ήλιο.
Οι ερευνητές δοκίμασαν επίσης αυτή τη στρατηγική εμβολιασμού σε αρουραίους, χρημοποιώντας τα ειδικά γυαλάκια που μετέφεραν τις κβαντικές κουκκίδες μαζί με ένα εμβόλιο πολιομυελίτιδας. Βρήκαν οτί αυτoί οι αρουραίοι δημιούργησαν μια ανοσολογική απόκριση παρόμοια με αυτή των αρουραίων που εμβολιάστηκαν με το παραδοσιακό εμβόλιο πολιομυελίτιδας.
«Αυτή η έρευνα επιβεβαίωσε ότι ενσωματώνοντας στο εμβόλιο τη βαφή μέσα στις μικροβελόνες δεν επηρεάστηκε η αποτελεσματικότητα του εμβολίου ή η ικανότητα μας να εντοπίσουμε τη βαφή», λέει η Jaklenec.
Οι ερευνητές προγραμματίζουν τώρα να διεξάγουν έρευνα για επαγγελματίες υγείας σε αναπτυσσόμενα κράτη στην Αφρική, ώστε να βοηθηθούν στην επίλυση των προβληματισμών τους σχετικά με το πώς θα
επιτευχθεί καλύτερα η εισαγωγή αυτού του τρόπου διατήρησης αρχείων εμβολιασμού. Δουλεύουν επίσης στην επέκταση των δεδομένων που μπορούν να κωδικοποιηθούν σε μία μονή διάταξη, δίνοντας τους έτσι τη δυνατότητα να συμπεριλαμβάνουν πληροφορίες όπως την ημερομηνία χορήγησης του εμβολίου και τον αριθμό της παρτίδας του.
Οι ερευνητές πιστεύουν πως οι κβαντικές κουκκίδες είναι ασφαλείς προς χρήση με αυτόν τον τρόπο επειδή περικλείονται από ένα βιοσυμβατό πολυμερές, αλλά προγραμματίζουν να διεξάγουν περαιτέρω έρευνες για ασφάλεια, πριν τα δοκιμάσουν σε ασθενείς.
«Η αποθήκευση, η πρόσβαση και η διαχείριση των ιατρικών αρχείων είναι ένα σημαντικό θέμα με πολλές πιθανές προσεγγίσεις», λέει ο Mark Prausnitz, Πρόεδρος του Τμήματος Χημικής και Βιομοριακής μηχανικής στο Georgia Tech, ο οποίος δεν πήρε μέρος στην έρευνα. «Αυτή η μελέτη παρουσιάζει μια καινοτόμο προσέγγιση κατά την οποία τα ιατρικά αρχεία αποθηκεύονται και ελέγχονται από τον ασθενή μέσα στο δέρμα του, με τρόπο ελάχιστα παρεμβατικό και κομψό.»
H έρευνα χρηματοδοτήθηκε από το Ίδρυμα των Bill και Melinda Gates και την επιχορήγηση για τη στήριξη του Ινστιτούτου Koch από το Εθνικό Ινστιτούτο Καρκίνου. Άλλοι συγγραφείς της εργασίας είναι οι Sean Severt, Mache Cruz, Morteza Sarmadi, Hapuarachchige Surangi Jayawardena, Collin Perkinson, Fridrik Larusson, Sviatlana Rose, Stephanie Tomasic, Tyler Graf, Stephany Tzeng, James Sugarman, Daniel Vlasic, Matthew Peters, Nels Peterson, Lowell Wood, Wen Tang, Jihyeon Yeom, Joe Collins, Philip Welkhoff, Ari Karchin, Megan Tse, Mingyuan Gao, και Moungi Bawendi.
πηγή
