طور باحثون رقعة ميكرونيدل ذاتية التشغيل يمكنها مراقبة المؤشرات الحيوية الصحية المختلفة دون الحاجة إلى سحب الدم أو بطاريات أو أجهزة خارجية. في اختبارات إثبات المفهوم على جلد اصطناعي، أظهر الباحثون أن الرقع يمكنها جمع عينات المؤشرات الحيوية على مدى فترات تتراوح من 15 دقيقة إلى 24 ساعة.
يقول مايكل دانييلي، المؤلف المراسل لمقال حول هذا العمل: "المؤشرات الحيوية هي مؤشرات قابلة للقياس للعمليات البيولوجية التي يمكن أن تساعدنا في مراقبة الحالة الصحية وتشخيص الأمراض". "الغالبية العظمى من اختبارات المؤشرات الحيوية التقليدية تعتمد على سحب عينات الدم. لا تقتصر عينات الدم على كونها غير مريحة لمعظم الناس فحسب، بل إنها تمثل أيضًا تحديات للمهنيين الطبيين ومطوري التكنولوجيا. هذا لأن الدم نظام معقد، ويجب إزالة الصفائح الدموية وخلايا الدم الحمراء وما إلى ذلك قبل أن تتمكن من اختبار السائل ذي الصلة."
يوضح دانييلي، الأستاذ في الهندسة الكهربائية في جامعة ولاية نورث كارولينا وقسم لامبي المشترك للهندسة الطبية الحيوية بجامعة نورث كارولينا وجامعة نورث كارولينا في تشابل هيل: "الرقعة التي طورناها تستخدم إبرًا دقيقة لاستخراج عينات من السائل الذي يحيط بالخلايا في الطبقات الجلدية والبشرية تحت طبقة الخلايا الخارجية مباشرة من جلدنا". "هذا السائل، المعروف باسم السائل الخلالي الجلدي (ISF)، يحتوي على جميع المؤشرات الحيوية الموجودة في الدم تقريبًا. علاوة على ذلك، فإن ISF عبارة عن عينة 'أنظف' - لا تحتاج إلى معالجة قبل الاختبار كما هو الحال مع الدم. في الأساس، يبسط عملية اختبار المؤشرات الحيوية."
طور دانييلي وزملاؤه رقعة ميكرونيدل سلبية بالكامل لا تتطلب بطاريات أو مصادر طاقة خارجية لاستخراج عينات ISF أو تخزينها. إليك كيف تعمل:
تتكون الرقعة من أربع طبقات: غلاف بوليمري - الجزء المرئي من الرقعة؛ طبقة جل؛ طبقة ورقية؛ والإبر الدقيقة نفسها. الإبر الدقيقة مصنوعة من مادة تنتفخ عند ملامستها للسائل الخلالي الجلدي. يتسرب السائل الخلالي الجلدي عبر الإبرة الدقيقة - مثل الماء عبر منشفة ورقية - حتى يلامس الورق. عندما يمتص الورق السائل الخلالي الجلدي، يتلامس السائل مع الجل الموجود على الجانب الآخر من الورق. يحتوي هذا الجل على تركيز عالٍ من الجلسرين. يخلق عدم التوازن في الجلسرين بين الجل والسائل الخلالي الجلدي ضغطًا اسموزيًا يسحب المزيد من السائل الخلالي الجلدي عبر الورق حتى يصبح مشبعًا.
يوضح دانييلي: "الورق هو المكان الذي يتم فيه تخزين السائل الخلالي الجلدي". "عندما تزيل الرقعة، فإنك تزيل الشريط الورقي وتحلل العينة."
اختبر الباحثون الرقعة على نموذجين من الجلد الاصطناعي.
«لقد نجح الأمر بشكل جيد»، كما يقول دانييلي. «قدمت اللصقات نتائج قابلة للقياس بعد 15 دقيقة فقط، وتمكنت من تخزين عينات المؤشرات الحيوية لمدة 24 ساعة على الأقل».
لاختبار إثبات المفهوم، راقب الباحثون مستويات الكورتيزول، وهو مؤشر حيوي للتوتر يتقلب على مدار اليوم.
«هذا يعني أن الناس قد يرغبون في مراقبة حالتهم عدة مرات في اليوم دون الحاجة إلى سحب الدم باستمرار»، كما يقول دانييلي. «ولا يوجد سبب يمنع اللصقة من العمل للعديد من المؤشرات الحيوية الموجودة في سائل الخلال».
جانب آخر جذاب من اللصقات هو أنها مصنوعة من مواد غير مكلفة نسبيًا ومتاحة في كل مكان.
«إن تصنيع الإبر الدقيقة سيشكل أكبر تكلفة، لكننا نعتقد أن السعر سيكون تنافسيًا مقارنة بتكلفة اختبار الدم»، كما يقول دانييلي. «يتطلب سحب الدم قوارير وإبرًا - وعادةً - أخصائي سحب دم. لا يلزم أي من هذا بالنسبة للصقة».
«بدأ الباحثون بالفعل في اختبار اللصقات على البشر» ويقومون بتطوير أجهزة إلكترونية «لقراءة» الشريط الورقي للصقة الإبر الدقيقة.
سيتم نشر الورقة البحثية « تصميم وتوصيف نظام ميكروفلويديك ذاتي التشغيل بالإبر الدقيقة لأخذ عينات سائل الخلال » في مجلة Lab on a Chip كمقال مفتوح الوصول. المؤلفون المشاركون هم كريستوفر شاركي، طالب دكتوراه في جامعة ولاية كارولينا الشمالية؛ وأنجيليكا أروش، طالبة دكتوراه في القسم المشترك للهندسة الطبية الحيوية التابع للامبي في جامعة ولاية كارولينا الشمالية وجامعة نورث كارولينا في تشابل هيل؛ وإيزابيلا أوغوستا، طالبة في القسم المشترك للهندسة الطبية الحيوية. المؤلفون المشاركون هم هانا نيسان، طالبة دكتوراه في جامعة ولاية كارولينا الشمالية؛ تاموغنا ساها وسنيه موخيرجي، طالبتا دكتوراه سابقات في جامعة ولاية كارولينا الشمالية؛ مايكل ديكاي، أستاذ الكيمياء والهندسة الجزيئية الحيوية في جامعة ولاية كارولينا الشمالية؛ أورلين فيليف، أستاذ الكيمياء والهندسة الجزيئية الحيوية المرموق في جامعة ولاية كارولينا الشمالية؛ وجاك تويدي، باحث ما بعد الدكتوراه في القسم المشترك للهندسة الطبية الحيوية.
