Inženjeri sa Sveučilišta u Berkeleyju stvorili uređaj koji u stvarnom vremenu može mjeriti razinu kisika u tkivu duboko ispod kože. Uređaj, manji od najmanje bubamare, pokreću ultrazvučni valovi i trebao bi pomoći liječnicima da nadziru presađene organe ili tkiva i upozoravati na potencijalni neuspjeh transplantacije.

Ultrazvučna tehnologija

Ova tehnologija utire put budućim minijaturiziranim senzorima koji bi mogli pratiti druge ključne biokemijske markere u tijelu, poput pH ili ugljičnog dioksida. Ti bi senzori trebali omogućiti praćenje biokemije unutar funkcionalnih organa i tkiva pomoću minimalno invazivnih metoda.

"Vrlo je teško izmjeriti stvari duboko u tijelu", kaže Michel Maharbiz, profesor elektrotehnike i računalnih znanosti na UC Berkeley i istraživač Chan Zuckerberg Biohuba. Uređaj pokazuje kako pomoću ultrazvučne tehnologije, zajedno s vrlo pametnim dizajnom integriranog kruga, možete stvoriti sofisticirane implantate koji ulaze vrlo duboko u tkivo za uzimanje podataka iz organa.

Kako to funkcionira u praksi, opisano je u radu objavljenom u časopisu Nature Biotechnology.

Ultrazvuk umjesto elektromagnetskih valova

Kisik je ključna komponenta sposobnosti stanica da iskoriste energiju iz hrane koju jedemo, a gotovo sva tkiva u tijelu trebaju stalnu opskrbu kako bi preživjela. Većina metoda za mjerenje oksigenacije tkiva mogu pružiti samo informacije o tome što se događa u blizini površine tijela. To je zato što se ove metode oslanjaju na elektromagnetske valove, poput infracrvene svjetlosti, koja može prodrijeti samo nekoliko centimetara u tkivo kože ili organa.

Iako postoje vrste magnetske rezonancije koje mogu pružiti informacije o dubokoj oksigenaciji tkiva, one zahtijevaju dugo vrijeme skeniranja pa ne mogu pružiti podatke u stvarnom vremenu.

Od 2013. godine Maharbiz dizajnira minijaturne implantate koji koriste ultrazvučne valove za bežičnu komunikaciju s vanjskim svijetom. Ultrazvučni valovi mogu bezopasno putovati tijelom na mnogo većim udaljenostima od elektromagnetskih valova i već su osnova tehnologije ultrazvučnog snimanja u medicini. 

Izravno mjerenje kisika u tkivu

Postdoktorand Soner Sonmezoglu u istraživanje je uključio i senzore kisika; integrirao je LED izvora svjetlosti i optički detektor u maleni uređaj i dizajnirao set elektroničkih kontrola za rad i očitavanje senzora. Uređaj je testiran praćenjem razine kisika u mišićima živih ovaca.

Ovaj tip senzora za kisik razlikuje se od pulsnih oksimetara koji se koriste za mjerenje zasićenja kisika u krvi. Pulsni oksimetri mjere udio hemoglobina u krvi, a novi uređaj može izravno izmjeriti količinu kisika u tkivu.

Ovim uređajem mogao bi se pratiti postoperativni tijek transplantacija organa i eventualne vaskularne komplikacije. Uređaj bi se mogao koristiti i za mjerenje hipoksije tumora, što liječnicima može pomoći u usmjeravanju terapije zračenjem karcinoma. 

Neki potencijal vide i u praćenju razvoja fetusa i brizi o prerano rođenoj djeci. Na primjer, prerano rođenoj djeci često se mora davati dodatni kisik, iako ne postoje pouzdana očitanja koncentracije kisika u tkivu.

Minijaturizirane verzije ovog uređaja mogle bi pomoći kod praćenja izloženosti kisiku nedonoščadi u jaslicama i tako smanjiti neke negativne posljedice prekomjerne izloženosti kisiku, poput retinopatije ili kronične bolesti, objašnjavaju istraživači. 

Prilagodljiva optička platforma

Tehnologija bi se mogla dodatno poboljšati ugradnjom senzora koji bi mogao dugotrajno preživjeti u tijelu. Daljnja minijaturizacija uređaja također bi pojednostavila postupak implantacije koji trenutno zahtijeva operaciju. Uz to, optička platforma u senzoru mogla bi se lako prilagoditi za mjerenje drugih biokemija u tijelu.

Promjenom platforme izgrađene za senzor kisika, uređaj bi mogao mjeriti pH, reaktivne vrste kisika, glukozu ili ugljični dioksid. Daljnjim smanjivanjem, uređaj bi se mogao u tijelo ubrizgati iglom ili laparoskopskom operacijom, što bi dodatno olakšalo implantaciju, zagovaraju istraživači s Berkeleyja.