Μια διεθνής ερευνητική ομάδα, στην οποία συμμετέχει και το Helmholtz Munich (κέντρο του DZL – CPC-M), ανέπτυξε ένα εξαιρετικά λεπτό αισθητηριακό επίθεμα που μπορεί να καταγράφει ταυτόχρονα πολλαπλές φυσιολογικές παραμέτρους.

Το σύστημα, που βασίζεται σε μετάξι, απαιτεί ελάχιστες ποσότητες σωματικών υγρών και συνδυάζει αισθητήρες που λειτουργούν μέσω αλλαγών στο χρώμα με τεχνητή νοημοσύνη.

Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό ACS Sensors και χρηματοδοτήθηκε, μεταξύ άλλων, από το Γερμανικό Κέντρο Έρευνας για τις Πνευμονοπάθειες (DZL).

Η ιατρική παρακολούθηση των πρόωρων νεογνών απαιτεί τακτικούς ελέγχους σημαντικών δεικτών υγείας, όπως η θερμοκρασία, οι συγκεντρώσεις γλυκόζης και νατρίου και το pH. Για ορισμένες από αυτές τις μετρήσεις απαιτούνται σήμερα αιμοληψίες ή άλλες διαγνωστικές διαδικασίες. Η νέα τεχνολογία θα μπορούσε να επιτρέψει τη μη επεμβατική παρακολούθηση αρκετών από αυτούς τους δείκτες.

Πολλαπλές μετρήσεις με ένα μόνο επίθεμα

Το επίθεμα έχει πάχος μόλις λίγων χιλιοστών και αποτελείται από περισσότερα στρώματα. Η βάση του είναι από ινώδες μετάξι (silk fibroin), το οποίο προέρχεται από κουκούλια μεταξοσκώληκα. Ένα μικρορευστομηχανικό στρώμα από χαρτί συλλέγει εξαιρετικά μικρές ποσότητες υγρού και τις διοχετεύει στις αντίστοιχες περιοχές των αισθητήρων.

Συνολικά, 12 διαφορετικές χρωστικές ουσίες αντιδρούν σε διαφορετικές βιολογικές παραμέτρους μεταβάλλοντας το χρώμα τους. Το σύστημα μπορεί να μετρά τη θερμοκρασία, το pH, καθώς και τις συγκεντρώσεις νατρίου και γλυκόζης. Ως πηγές υγρών μπορούν να χρησιμοποιηθούν, μεταξύ άλλων, ο ιδρώτας, το σάλιο και το διάμεσο υγρό των ιστών.

Ιδιαίτερο χαρακτηριστικό του συστήματος είναι η αξιοποίηση της τεχνητής νοημοσύνης για την ανάλυση των δεδομένων. Ένα μοντέλο βαθιάς μάθησης αναλύει τις αλλαγές των χρωμάτων και λαμβάνει υπόψη παράγοντες όπως οι διαφορετικές συνθήκες φωτισμού, η γωνία της κάμερας και η κίνηση.

Ένα δεύτερο μοντέλο τεχνητής νοημοσύνης μπορεί να εντοπίζει και να παρακολουθεί το επίθεμα μέσα από τα πλαστικά τοιχώματα μιας θερμοκοιτίδας.

Ενθαρρυντικά αποτελέσματα από τις πρώτες δοκιμές

Οι πρώτες μελέτες έδωσαν ενθαρρυντικά αποτελέσματα. Η μέση απόκλιση στη μέτρηση της θερμοκρασίας ήταν περίπου 0,5 °C, ενώ για τον προσδιορισμό του pH ήταν μικρότερη από 0,5 μονάδα pH.

Κλινικά σημαντικές τιμές, μεταξύ άλλων η υπογλυκαιμία και η υπερνατριαιμία, εντοπίστηκαν με ακρίβεια άνω του 91%. Ειδικά για τις χαμηλές τιμές γλυκόζης, η ακρίβεια ξεπέρασε το 98%.

Το σύστημα ήταν επίσης σε θέση να καταγράψει συγκεντρώσεις αλάτων που έχουν σημασία για τη διάγνωση της κυστικής ίνωσης.

Το επίθεμα αξιοποιεί την σχετικά αυξημένη αποβολή υγρών μέσω του δέρματος που παρατηρείται στα πρόωρα νεογνά. Μέσα σε περίπου 15 έως 40 λεπτά μπορεί να συγκεντρωθεί επαρκής ποσότητα υγρού για την ανάλυση των τεσσάρων παραμέτρων. Για κάθε σημείο μέτρησης απαιτούνται μόλις λίγα μικρολίτρα.

Οι μέχρι σήμερα δοκιμές πραγματοποιήθηκαν, μεταξύ άλλων, με δείγματα σάλιου και ιδρώτα από ενήλικες. Οι ερευνητές εξέτασαν το σύστημα υπό διαφορετικές συνθήκες, όπως νηστεία, σωματική άσκηση και λήψη γεύματος. Οι μεταβολές που καταγράφηκαν παρουσίασαν παρόμοιες τάσεις με εκείνες που προέκυψαν από καθιερωμένες εργαστηριακές μεθόδους και μετρήσεις γλυκόζης μέσω τρυπήματος του δακτύλου.

"Δεν θέλουμε να αντικαταστήσουμε την εργαστηριακή διάγνωση", δηλώνει ο Benjamin Schubert, επικεφαλής ερευνητικής ομάδας στο Computational Health Center του Helmholtz Munich, η οποία χρηματοδοτείται από το DZL. "Στόχος μας είναι να εντοπίζουμε τις μεταβολές που συμβαίνουν μεταξύ δύο εργαστηριακών εξετάσεων".

Τα επόμενα βήματα

Η συγκεκριμένη εργασία αποτελεί προς το παρόν μια απόδειξη της αρχής λειτουργίας της τεχνολογίας (proof of principle). Για να μπορέσει το σύστημα να αξιοποιηθεί στην κλινική νεογνολογία, απαιτούνται περαιτέρω μελέτες.

Οι ερευνητές σχεδιάζουν μεγαλύτερες κλινικές μελέτες σε μονάδες εντατικής νοσηλείας νεογνών, όπου οι μετρήσεις του επιθέματος θα συγκριθούν με τα αποτελέσματα των κλασικών αναλύσεων αίματος.

Παράλληλα, το σύστημα τεχνητής νοημοσύνης θα πρέπει να εκπαιδευτεί περαιτέρω με δεδομένα από διαφορετικά μοντέλα θερμοκοιτίδων, συνθήκες φωτισμού και διαφορετικούς τόνους δέρματος. Προβλέπονται επίσης πρόσθετες τοξικολογικές και κανονιστικές εξετάσεις πριν από οποιαδήποτε πιθανή κλινική εφαρμογή.

Μακροπρόθεσμα, η τεχνολογία θα μπορούσε να επεκταθεί ώστε να μετρά και άλλες βιολογικές παραμέτρους. Καθώς το επίθεμα δεν απαιτεί παροχή ηλεκτρικής ενέργειας, καλωδίωση ή ψύξη, οι ερευνητές εξετάζουν επίσης και άλλες πιθανές εφαρμογές της συγκεκριμένης χαμηλού κόστους τεχνολογίας αισθητήρων.

Η μελέτη χρηματοδοτήθηκε, μεταξύ άλλων, από την Ένωση Helmholtz, το Ομοσπονδιακό Υπουργείο Παιδείας και Έρευνας της Γερμανίας (BMBF), το Helmholtz Munich και το Γερμανικό Κέντρο Έρευνας για τις Πνευμονοπάθειες (DZL).

Αποτελεί επίσης μέρος του διαπεριφερειακού Ειδικού Ερευνητικού Προγράμματος PILOT (TRR 359 "Perinatal Development of Immune Cell Topology"), το οποίο χρηματοδοτείται από το Γερμανικό Ίδρυμα Έρευνας (DFG).

Προσθέστε το iatronet.gr στο Discover

Ειδήσεις υγείας σήμερα
Δύο θάνατοι και 22 κρούσματα του ιού Δυτικού Νείλου στη Θεσσαλία
Γλαύκωμα: Γιατί η απώλεια όρασης συνεχίζεται, παρά τη θεραπεία - Φάρμακο τη σταματά [μελέτη]
ΕΚΑΒ: Επαναπατρισμός βαρέως πάσχοντος Έλληνα πολίτη από την Αττάλεια