Αποθήκευση ιατρικών πληροφοριών κάτω από την επιφάνεια του δέρματος – quantum-dot tattoo

Η εξειδικευμένη βαφή-μελάνι , που  εγχέεται μαζί με ένα εμβόλιο, θα μπορούσε να επιτρέψει την αποθήκευση του ιστορικού εμβολιασμού πάνω στον ασθενή.

Άν Τράφτον | Γραφείο Ειδήσεων MIT
(Massachusetts Institute of Technology  =  Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης)

18 Δεκεμβρίου 2019

Κάθε χρόνο, η έλλειψη εμβολιασμού οδηγεί σε περίπου 1,5 εκατομμύρια  θανάτους που θα μπορούσαν να αποφευχθούν, κυρίως στις αναπτυσσόμενες χώρες. Ένας παράγοντας που καθιστά τις εκστρατείες εμβολιασμού σε αυτά τα έθνη πιο δύσκολη είναι ότι υπάρχει μικρή υποδομή για την αποθήκευση ιατρικών αρχείων, οπότε συχνά δεν υπάρχει εύκολος τρόπος να προσδιοριστεί ποιος χρειάζεται ένα συγκεκριμένο εμβόλιο.

Οι ερευνητές του MIT έχουν πλέον αναπτύξει έναν καινοτόμο τρόπο για την καταγραφή του ιστορικού εμβολιασμού ενός ασθενούς: την αποθήκευση των δεδομένων σε ένα “μελάνι” αόρατο με γυμνό μάτι, το οποίο χορηγείται κάτω από το δέρμα ταυτόχρονα με το εμβόλιο.

“Σε περιοχές όπου οι χάρτινες κάρτες εμβολιασμού  συχνά χάνονται ή δεν υπάρχουν καθόλου και οι ηλεκτρονικές βάσεις δεδομένων  είναι άγνωστες, αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να επιτρέψει την ταχεία και ανώνυμη ανίχνευση του ιστορικού εμβολιασμού ασθενών για να διασφαλιστεί ότι κάθε παιδί εμβολιάζεται”, λέει ο Kevin McHugh, πρώην postdoc του MIT που είναι πλέον βοηθός καθηγητής βιοϊατρικής στο Πανεπιστήμιο Rice.

Οι ερευνητές έδειξαν ότι το νέο τους μελάνι , το οποίο αποτελείται από νανοκρυστάλλους που ονομάζονται κβαντικές κουκίδες (quantum dots) , μπορεί να παραμείνει για τουλάχιστον πέντε χρόνια κάτω από το δέρμα, το οποίο εκπέμπει υπέρυθρο σχεδόν φως και ανιχνεύεται από ειδικά εξοπλισμένο smartphone.

Ο McHugh και ο πρώην επιστημονικός επισκέπτης Lihong Jing είναι οι κύριοι συγγραφείς της μελέτης , η οποία δημοσιεύτηκε στο Science Translational Medicine . Η Ana Jaklenec, ερευνήτρια στο Ινστιτούτο Koch του MIT Ολοκληρωμένης Έρευνας του καρκίνου, και ο Robert Langer, καθηγητής του Ινστιτούτου David H. Koch του MIT, είναι οι κύριοι συγγραφείς της εργασίας.

Πριν από μερικά χρόνια η ομάδα του MIT θέλησε να επεξεργαστεί μια μέθοδο για την καταγραφή πληροφοριών σχετικά με τον εμβολιασμό με τρόπο που να μην απαιτεί κεντρική βάση δεδομένων ή άλλη υποδομή. Πολλά εμβόλια, όπως το εμβόλιο για την ιλαρά, την παρωτίτιδα και την ερυθρά (MMR), απαιτούν πολλαπλές δόσεις  σε τακτά χρονικά διαστήματα. Χωρίς ακριβή αρχεία, τα παιδιά ενδέχεται να μην λαμβάνουν όλες τις απαραίτητες δόσεις.

“Για να προστατευθεί από τα περισσότερα παθογόνα, κάποιος χρειάζεται πολλαπλούς εμβολιασμούς”, λέει η Jaklenec.

«Σε ορισμένες περιοχές του αναπτυσσόμενου κόσμου, μπορεί να είναι πολύ δύσκολο να το κάνουμε αυτό, καθώς υπάρχει έλλειψη στοιχείων για το ποιος έχει εμβολιαστεί και αν χρειάζονται πρόσθετες δόσεις ή όχι».

Για να δημιουργήσουν ένα αποκεντρωμένο ιατρικό ιστορικό, οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα νέο τύπο κβαντικών κουκκίδων με βάση το χαλκό, οι οποίοι εκπέμπουν φως στο εγγύς υπέρυθρο φάσμα. Οι κουκίδες έχουν διάμετρο περίπου 4 νανομέτρων, αλλά είναι ενθυλακωμένες σε βιοσυμβατά μικροσωματίδια που σχηματίζουν σφαίρες . Αυτή η ενθυλάκωση επιτρέπει στη βαφή-μελάνι να παραμείνει στη θέση της, κάτω από το δέρμα, αφού εγχυθεί.

Η χορήγηση του μελανιού θα γίνει από ένα μικροσκοπικό έμπλαστρο και όχι από μια παραδοσιακή σύριγγα και βελόνα. Αυτά τα έμπλαστρα ( patches) αναπτύσσονται τώρα για την παροχή εμβολίων για την ιλαρά, την ερυθρά και άλλες ασθένειες και οι ερευνητές έδειξαν ότι η βαφή τους θα μπορούσε εύκολα να ενσωματωθεί σε αυτά τα έμπλαστρα.

Οι μικροβελλόνες που χρησιμοποιούνται σε αυτή τη μελέτη είναι κατασκευασμένες από ένα μείγμα διαλυτοποιημένου σακχάρου και ενός πολυμερούς που ονομάζεται PVA, καθώς και η χρωστική κβαντικού-κουτιού και το εμβόλιο. Όταν το έμπλαστρο εφαρμοστεί στο δέρμα, οι μικροί κόκκοι, οι οποίοι έχουν μήκος 1,5 χιλιοστά, διαλύονται μερικώς, απελευθερώνοντας το ωφέλιμο φορτίο τους μέσα σε περίπου δύο λεπτά.

Με την επιλεκτική φόρτωση των μικροσωματιδίων σε μικροβελόνες, τα έμπλαστρα παρέχουν ένα σχέδιο στο δέρμα που είναι αόρατο με γυμνό μάτι, αλλά μπορεί να σαρωθεί με ένα smartphone που έχει αφαιρεθεί το φίλτρο υπερύθρων. Το έμπλαστρο μπορεί να προσαρμοστεί ώστε να αποτυπώνει διαφορετικά μοτίβα που αντιστοιχούν στον τύπο εμβολίου που παραδίδεται.

«Είναι πιθανόν κάποια μέρα αυτή η « αόρατη » προσέγγιση να δημιουργήσει νέες δυνατότητες για εφαρμογές αποθήκευσης δεδομένων, βιοαισθητήρων και εμβολίων που θα μπορούσαν να βελτιώσουν τον τρόπο παροχής ιατρικής περίθαλψης, ιδιαίτερα στον αναπτυσσόμενο κόσμο», λέει ο Langer.

Οι δοκιμές στις οποίες χρησιμοποιήθηκε δέρμα ανθρώπινου πτώματος έδειξαν ότι το τατουάζ κβαντικών κουκκίδων θα μπορούσε να ανιχνευθεί από κάμερες smartphone μετά από προσομοίωση πενταετούς έκθεσης στον ήλιο.

Οι ερευνητές εξέτασαν επίσης αυτή τη στρατηγική εμβολιασμού σε αρουραίους, χρησιμοποιώντας μικροβελόνες που έφεραν τις κβαντικές κουκίδες μαζί με εμβόλιο πολιομυελίτιδας. Διαπίστωσαν ότι αυτοί οι αρουραίοι δημιούργησαν ανοσοαπόκριση παρόμοια με την απόκριση αρουραίων που έλαβαν ένα  εμβόλιο πολιομυελίτιδας με τον παραδοσιακό τρόπο.

“Αυτή η μελέτη επιβεβαίωσε ότι η ενσωμάτωση του εμβολίου με τη βαφή στις μικροβελόνες δεν επηρέασε την αποτελεσματικότητα του εμβολίου ή την ικανότητά μας να ανιχνεύουμε τη βαφή”, λέει η Jaklenec.

Οι ερευνητές σκοπεύουν τώρα να εξετάσουν τους εργαζόμενους στον τομέα της υγειονομικής περίθαλψης στις αναπτυσσόμενες χώρες της Αφρικής για να λάβουν στοιχεία σχετικά με τον καλύτερο τρόπο για την εφαρμογή αυτού του είδους της τήρησης αρχείων εμβολιασμού. Εργάζονται επίσης για την επέκταση της ποσότητας των δεδομένων που μπορούν να κωδικοποιηθούν σε ένα ενιαίο μοτίβο, επιτρέποντάς τους να περιλαμβάνουν πληροφορίες όπως η ημερομηνία χορήγησης του εμβολίου και ο αριθμός παρτίδας του εμβολίου.

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι οι κβαντικές κουκίδες είναι ασφαλείς για να χρησιμοποιηθούν με αυτό τον τρόπο  επειδή είναι ενθυλακωμένοι σε ένα βιοσυμβατό πολυμερές, αλλά σχεδιάζουν να διενεργήσουν περαιτέρω μελέτες ασφάλειας πριν τις εξετάσουν σε ασθενείς.

“Η αποθήκευση, η πρόσβαση και ο έλεγχος των ιατρικών αρχείων είναι ένα σημαντικό θέμα με πολλές πιθανές προσεγγίσεις”, λέει ο Mark Prausnitz, πρόεδρος της χημικής και βιομοριακής μηχανικής στη Georgia Tech, ο οποίος δεν συμμετείχε στην έρευνα. “Αυτή η μελέτη παρουσιάζει μια νέα προσέγγιση όπου το ιατρικό αρχείο αποθηκεύεται και ελέγχεται από τον ασθενή μέσα στο δέρμα του ασθενούς με έναν ελάχιστα επεμβατικό και κομψό τρόπο“.

Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από το Ίδρυμα Μπιλ και Μελίντα ​​Γκέιτς και το Ινστιτούτο Καρκίνου (Core).
Άλλοι συντάκτες της δημοσίευσης 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, Ντάνιελ Βλάσιτς, Wood, Wen Tang, Jihyeon Yeom, Joe Collins, Philip Welkhoff, Ari Karchin, Megan Tse, Mingyuan Gao και Moungi Bawendi.