В наши дни сделайте биопсию, и, скорее всего, вашему врачу придется вырубить вас, вскрыть часть вашего тела и выудить нужную ткань. Но что, если бы вместо этого крошечный датчик мог направлять иглу, отображая ваши внутренности по ходу движения, пока вы (и ваш врач) смотрите на видеоэкран?
Это обещание нового устройства размером с песчинку, которое может передавать беспроводной сигнал на расстояние до 25 сантиметров. Исследователи говорят, что работа также может иметь значение для измерения артериального давления и отслеживания того, как лекарства метаболизируются внутри организма.
Устройство «действительно интересно», — говорит Нако Накацука, химик, разрабатывающий миниатюрные биосенсоры для измерения соединений в мозге в ETH Zürich и не участвовавший в исследовании. По ее словам, способность маневрировать внутри тела с минимальными нарушениями — это «очень круто».
Новый датчик, работа которого описана сегодня в Наука, состоит из двух магнитов: один закреплен на пластиковом корпусе, другой может крутиться и колебаться. Внешнее устройство использует электромагнитные катушки для создания магнитного поля, которое перемещает второй магнит. Затем устройство собирает показания, такие как температура и давление, измеряя изменения во втором магните.
«Дизайн датчика действительно умный и довольно творческий — он мыслит нестандартно», — говорит Монтсеррат Кальеха Гомес, физик, разрабатывающий наномеханические датчики в Институте микро- и нанотехнологий в Мадриде, который не участвовал в исследовании.
Затем исследователи протестировали свой минисенсор в различных условиях. В одном необычном эксперименте они приклеили трекер на спину пчелы. Даже при той высокой скорости, с которой летают пчелы, устройство смогло точно отследить движения насекомого. «Можно было отслеживать путь и ориентацию [of bees in flight]», — говорит соавтор Юрген Рамер, физик из Philips Research. «Это сработало на удивление хорошо».
Команда Рамера также оснастила наконечник биопсийной иглы датчиком и ввела его в большую, похожую на ткань желатиновую каплю, чтобы посмотреть, может ли датчик помочь направлять медицинские инструменты. Датчик точно отслеживал иглу и, предоставив карту того, где находилась игла, позволил ученым направить ее в целевую область (в данном случае фиктивный белый шар внутри капли). Авторы говорят, что в реальном мире датчик может направлять иглы для биопсии, катетеры и другие инструменты точно к цели для проведения лечения, сбора образцов клеток или рассечения кусочка ткани.
По словам команды, если датчик проглотить, он также может отслеживать изменения в организме в режиме реального времени, например, реагируют ли люди с желудочно-кишечными проблемами на лекарства или испытывают обострения.
Однако самым захватывающим аспектом, по словам Накацука, является способность датчика измерять давление, что однажды может позволить врачам обнаруживать изменения артериального давления в кровеносных сосудах, потенциально обеспечивая более непрерывный способ мониторинга артериального давления, говорит она.
По словам Кальехи Гомес, расстояние, на котором детекторные катушки могут находиться от датчика, также является большим преимуществом. Исследователи смогли обнаружить сигнал на расстоянии до 25 сантиметров, улучшив предыдущие беспроводные технологии, которые могли быть только на расстоянии до 5 сантиметров, отмечает она. По словам авторов, расширение этого расстояния может, например, облегчить пациентам отслеживание артериального давления дома.
Устройство также относительно дешевое — от 1 до 100 долларов, в зависимости от того, как долго оно должно оставаться в организме — и насколько просто его изготовить, говорят авторы. «Я могу сделать это на кухонном столе», — говорит соавтор исследования Бернхард Гляйх, физик из Philips. Помимо магнитов, по его словам, «вам просто понадобится немного пластиковой трубки, немного веревки и немного клея, и вы соберете все вместе».
Тем не менее, по оценкам Гляйха, может пройти от 5 до 8 лет, прежде чем устройство будет использоваться людьми для самых простых приложений. Предстоит еще много работы, чтобы датчики не только работали должным образом, но и не причиняли вреда людям.
Накацука говорит, что в ходе испытаний необходимо будет убедиться, что устройство не вызывает негативной реакции иммунной системы и не нарушает нормальный кровоток. Тем не менее, по ее словам, возможности захватывающие. «Я думаю, что у него есть потенциал пойти туда, куда мы не могли попасть раньше».