MIT: Αποθήκευση Ιατρικών Πληροφοριών Κάτω από την Επιφάνεια του Δέρματος

Η εξειδικευμένη “βαφή”, που παρέχεται μαζί με ένα εμβόλιο, θα μπορούσε να επιτρέψει την αποθήκευση του ιστορικού εμβολιασμού «σε ασθενή».

Κάθε χρόνο, η έλλειψη εμβολιασμού οδηγεί σε περίπου 1,5 εκατομμύριο θανάτους που μπορούν να προληφθούν, κυρίως στις αναπτυσσόμενες χώρες. Ένας παράγοντας που καθιστά τις εκστρατείες εμβολιασμού σε αυτές τις χώρες πιο δύσκολες 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 νέο τρόπο καταγραφής του ιστορικού εμβολιασμού ενός ασθενούς: την αποθήκευση των δεδομένων σε μοτίβο βαφής, αόρατο με γυμνό μάτι, που παραδίδεται 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 των ασθενών για να διασφαλίσει ότι κάθε παιδί εμβολιάζεται», λέει ο Kevin McHugh, πρώην MIT PostDoc που είναι τώρα επίκουρος καθηγητής βιοτεχνολογίας στο Rice University.

Οι ερευνητές έδειξαν ότι η νέα βαφή τους, η οποία αποτελείται από νανοκρυστάλλους που ονομάζονται κβαντικές κουκκίδες, μπορεί να παραμείνει για τουλάχιστον πέντε χρόνια κάτω από το δέρμα, όπου εκπέμπει σχεδόν υπέρυθρο φως που μπορεί να ανιχνευθεί από ένα ειδικά εξοπλισμένο smartphone.

Ο McHugh και ο πρώην επισκέπτης επιστήμονας Lihong Jing είναι οι κύριοι συγγραφείς της μελέτης, η οποία εμφανίζεται σήμερα στο Science Translational Medicine. Η Ana Jaklenec, ερευνητής στο Ινστιτούτο Koch για την Ολοκληρωμένη Έρευνα για τον Καρκίνο του MIT και ο Robert Langer, καθηγητής του Ινστιτούτου David H. Koch στο MIT, είναι οι ανώτεροι συγγραφείς της εφημερίδας.

Ένα Αόρατο Ρεκόρ

Πριν από αρκετά χρόνια, η ομάδα του MIT ξεκίνησε να επινοήσει μια μέθοδο καταγραφής πληροφοριών εμβολιασμού με τρόπο που δεν 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 απόσταση μεταξύ τους. Χωρίς ακριβή αρχεία, τα παιδιά ενδέχεται να μην λάβουν όλες τις απαραίτητες δόσεις.

«Προκειμένου να προστατευθεί από τα περισσότερα παθογόνα, κάποιος χρειάζεται πολλαπλούς εμβολιασμούς», λέει ο Jaklenec. «Σε ορισμένες περιοχές στον αναπτυσσόμενο κόσμο, μπορεί να είναι πολύ δύσκολο να το κάνουμε αυτό, καθώς υπάρχει έλλειψη δεδομένων σχετικά με το ποιος έχει εμβολιαστεί και εάν χρειάζονται επιπλέον λήψεις ή όχι».

Για να δημιουργήσουν ένα αποκεντρωμένο ιατρικό αρχείο “on-patient”, οι ερευνητές ανέπτυξαν έναν νέο τύπο κβαντικών κουκκίδων με βάση χαλκό, που εκπέμπουν φως στο φάσμα υπέρυθρων. Οι κουκίδες έχουν διάμετρο περίπου 4 νανόμετρα, αλλά εγκλείονται σε βιοσυμβατά μικροσωματίδια που σχηματίζουν σφαίρες διαμέτρου περίπου 20 μικρών. Αυτή η ενθυλάκωση επιτρέπει στη βαφή να παραμείνει στη θέση της, κάτω από το δέρμα, μετά την ένεση.

Οι ερευνητές σχεδίασαν τη χρωστική τους ώστε να παραδίδεται με ένα έμπλαστρο από μικροκεντρικό παρά μια παραδοσιακή σύριγγα και βελόνα. Τέτοια μπαλώματα αναπτύσσονται τώρα για τη χορήγηση εμβολίων για ιλαρά, ερυθρά και άλλες ασθένειες και οι ερευνητές έδειξαν ότι η βαφή τους θα μπορούσε εύκολα να ενσωματωθεί σε αυτά τα επιθέματα.

Οι μικροδόνδυλοι που χρησιμοποιούνται σε αυτή τη μελέτη κατασκευάζονται από ένα μείγμα διαλυτοποιημένου σακχάρου και ενός πολυμερούς που ονομάζεται PVA, καθώς και από την κβαντική κουκκίδα και το εμβόλιο. Όταν το έμπλαστρο εφαρμόζεται στο δέρμα, οι μικροί σπόροι, μήκους 1,5 χιλιοστών, διαλύονται μερικώς, απελευθερώνοντας το ωφέλιμο φορτίο τους εντός περίπου δύο λεπτών.

Με την επιλεκτική φόρτωση μικροσωματιδίων σε μικροβελόνες, τα επιθέματα παρέχουν ένα μοτίβο στο δέρμα που είναι αόρατο με γυμνό μάτι, αλλά μπορεί να σαρωθεί με ένα smartphone που έχει αφαιρέσει το φίλτρο υπερύθρων. Το έμπλαστρο μπορεί να προσαρμοστεί για να αποτυπώσει διαφορετικά μοτίβα που αντιστοιχούν στον τύπο του εμβολίου που χορηγείται.

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

Αποτελεσματική Ανοσοποίηση

Οι δοκιμές που χρησιμοποιούν δέρμα ανθρώπινου πτώματος έδειξαν ότι τα μοτίβα κβαντικών κουκίδων θα μπορούσαν να ανιχνευθούν από κάμερες smartphone μετά από πέντε χρόνια προσομοιωμένης έκθεσης στον ήλιο.

Οι ερευνητές δοκίμασαν επίσης αυτήν τη στρατηγική εμβολιασμού σε αρουραίους, χρησιμοποιώντας μπαλώματα μικροβελόνας που έδωσαν τις κβαντικές κουκίδες μαζί με ένα εμβόλιο πολιομυελίτιδας. Διαπίστωσαν ότι αυτοί οι αρουραίοι δημιούργησαν μια ανοσοαπόκριση παρόμοια με την απόκριση των αρουραίων που έλαβαν ένα παραδοσιακό εμβόλιο με έγχυση κατά της πολιομυελίτιδας.

“Αυτή η μελέτη επιβεβαίωσε ότι η ενσωμάτωση του εμβολίου με τη βαφή στα επιθέματα μικρονημάτων δεν επηρέασε την αποτελεσματικότητα του εμβολίου ή την ικανότητά μας να ανιχνεύσουμε τη χρωστική”, λέει ο Jaklenec.

Οι ερευνητές σχεδιάζουν τώρα να διερευνήσουν τους εργαζομένους και τις διαδικασίες στον τομέα της υγειονομικής περίθαλψης στις αναπτυσσόμενες χώρες της Αφρικής για να λάβουν πληροφορίες σχετικά με τον καλύτερο τρόπο εφαρμογής αυτού του τύπου τήρησης αρχείων εμβολιασμού. Εργάζονται επίσης για την επέκταση του όγκου των δεδομένων που μπορούν να κωδικοποιηθούν σε ένα μόνο μοτίβο, επιτρέποντάς τους να συμπεριλάβουν πληροφορίες όπως η ημερομηνία χορήγησης εμβολίου και ο αριθμός παρτίδας της παρτίδας εμβολίου.

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι οι κβαντικές κουκκίδες είναι ασφαλείς στη χρήση με αυτόν τον τρόπο επειδή είναι εγκλωβισμένες σε ένα βιοσυμβατό πολυμερές, αλλά σκοπεύουν να κάνουν περαιτέρω μελέτες ασφάλειας προτού τις δοκιμάσουν 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 της 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 Bill and Melinda Gates και την επιχορήγηση υποστήριξης του Ινστιτούτου Koch (core) από το Εθνικό Ινστιτούτο Καρκίνου. Άλλοι συγγραφείς της εφημερίδας περιλαμβάνουν τους Sean Severt, Mache Cruz, Morteza Sarmadi, Hapuarachchige Surangi Jayawardena, Collin Perkinson, Fridrik Larusson, Sviatlana Rose, Stephanie Tomasic, Tyler Graf, Stephany Tzeng, James Sugarman, Daniel Vlasic, Matthew Peters, Nels Peterson, Lowell Wood, Wen Tang, Jihyeon Yeom, Joe Collins, Philip Welkhoff, Ari Karchin, Megan Tse, Mingyuan Gao και Moungi Bawendi.

Πηγή: Massachusetts Institute of Technology (MIT)