Snazší léčba alkoholismu: vědci vyvinuli miniaturní podkožní čip, který průběžně monitoruje hladinu alkoholu

Miniaturní podkožní čip o rozměrech jednoho milimetru krychlového by do budoucna mohl pomáhat v adiktoligii. Dokáže totiž průběžně dlouhodobě monitorovat hladinu alkoholu v krvi. Foto: David Baillot/UC San Diego Jacobs School of Engineering

Protialkoholní léčba i další odvykací kůry by mohly být do budoucna jednodušší – alespoň co se týče monitoringu dodržování abstinence. Vědci z kalifornské univerzity v San Diegu totiž vyvinuli miniaturní biosenzor, který se vpraví pod kůži, kde dokáže kontinuálně monitorovat hladinu alkoholu v krvi. Zařízení, které se napájí bezdrátově třeba z chytrých hodinek, by pak odborníci ještě chtěli vylepšit, aby dokázalo rozpoznat také další drogy.

 

„Finálním cílem je vyvinout rutinní, nenápadné zařízení monitorující alkohol a drogy u pacientů v programech léčby zneužívání návykových látek,“ říká Drew Hall, profesor elektrotechniky na Jacobs School of Engineering v San Diegu, který projekt vedl. Tým novinku představil tento týden na Custom Integrated Circuits Conference 2018, která se konala v San Diegu.

Jedním z problémů u pacientů v léčení je nedostatek vhodných nástrojů pro pravidelné monitorování. Alkoholtestry, v současnosti nejpoužívanější způsob určování hladiny alkoholu v krvi, jsou nepřesná zařízení vyžadující spolupráci pacienta. Nejpřesnější metodou je krevní test, jenže ten musí provádět zdravotník. Alkoholické senzory připomínající tetování jsou sice slibnou alternativou, jenže je lze z kůže snadno odstranit a jsou jen na jedno použití.

„Maličký senzor, který lze na klinice injekčně aplikovat bez nutnosti operace, může pacientovi usnadnit dodržování předepsaného monitorování i po delší časové období,“ uvádí Hall. Aby se povedlo čip vyladit přesně dle potřeb při léčení, spolupracují přitom inženýři také s dalšími odborníky včetně adiktologů.

Bez baterie i drátů

Odborníci navrhli čip tak, aby potřeboval co nejméně energie – celkem vyžaduje 970 nanowattů, což je zhruba milionkrát méně, než potřebuje telefon k zavolání. „Nechtěli jsme, aby měl čip zřejmý dopad na životnost baterie nositelného zařízení. A protože zařízení implantujeme, není žádoucí, aby se lokálně v těle generovalo příliš mnoho tepla, případně abychom museli použít potenciálně toxickou baterii,“ vysvětluje Hall.

Jednou z cest, díky níž může čip fungovat jen s tak malým množstvím energie, je přenášení dat prostřednictvím technologie zpětného odrazu. K té dochází, když nedaleké nositelné zařízení typu chytrých hodinek vysílá do čipu rádiové signály, načež čip odráží upravená data zpět do hodinek. Výzkumníci navíc nárokům přizpůsobili čtecí obvody a minimalizovali měřící čas na tři sekundy, díky čemuž je třeba méně energie.

Biosenzor má zhruba jeden krychlový milimetr a injekčně se vpravuje do tkáňového moku. Senzor je potažený alkohol oxidázou, enzymem, který selektivně reaguje s alkoholem, přičemž vzniká elektrochemicky detekovatelný vedlejší produkt. Elektrické signály jsou přenášeny bezdrátově do nositelného zařízení, jako jsou chytré hodinky, které zároveň bezdrátově čip napájejí. Dva další senzory pak měří pH a signály na pozadí. Ty jsou rušeny tak, aby bylo určování hladiny alkoholu co nejpřesnější.

Čip byl zatím testován ve zkumavce, která imitovala prostředí obdobné jako při implantaci – byla v ní směs etanolu a zředěného lidského séra pod vrstvami prasečí kůže. Do budoucna pak vědci chtějí zařízení otestovat na živých zvířatech. Zároveň Hallův tým pracuje na vývoji další verze čipu, která dokáže v těle zachytit i jiné molekuly. „Dokázali jsme, že čip může fungovat u alkoholu, ale představujeme si, že vytvoříme další zařízení, která detekují jiné návykové látky. Podat pacientovi jejich přizpůsobený koktejl by zajistilo dlouhodobé, personalizované monitorování,“ dodává Hall.

-mk-