小型で自律的なデバイスを皮膚に貼り付けて、腫瘍の大きさの変化を測定できます



スタンフォード大学のエンジニアは、皮膚に貼り付けて下の腫瘍のサイズの変化を測定できる、伸縮性と柔軟性のあるセンサーを備えた小型の自律型デバイスを作成しました。 非侵襲的なバッテリー駆動のデバイスは、100 分の 1 ミリ (10 マイクロメートル) の感度を持ち、ボタンを押すだけでワイヤレスでリアルタイムに結果をスマートフォン アプリに送信できます。

実際には、研究者らは、「腫瘍を測定する柔軟な自律センサー」の FAST と呼ばれる彼らのデバイスは、抗がん剤の有効性をテストするための、まったく新しい、高速、安価、ハンズフリーで正確な方法を表していると述べています。 より大きなスケールでは、がん治療の有望な新しい方向性につながる可能性があります。 FAST については、9 月 16 日に Science Advances に掲載された論文で詳しく説明されています。

毎年、研究者は皮下腫瘍を持つマウスで何千もの潜在的な抗がん剤をテストしています。 人間の患者にたどり着く人はほとんどおらず、薬物治療による腫瘍の退縮を測定する技術では反応を読み取るのに数週間かかるため、新しい治療法を見つけるプロセスは遅いです。 腫瘍の固有の生物学的変動、既存の測定アプローチの欠点、および比較的小さなサンプルサイズにより、薬物スクリーニングが困難になり、労力がかかります。

「場合によっては、観察中の腫瘍をキャリパーで手動で測定する必要があります」と、この研究の筆頭著者であり、スタンフォード大学化学工学の KK Lee 教授である Zhenan Bao の研究室の最近のポスドクである Alex Abramson は述べています。エンジニアリング。

軟部組織を測定するための金属製ペンチのようなキャリパーの使用は理想的ではなく、放射線学的アプローチでは、リアルタイム評価に必要な種類の連続データを提供できません。 FAST は分単位のタイムスケールで腫瘍体積の変化を検出できますが、キャリパーおよび生物発光測定では、腫瘍サイズの変化を読み取​​るためにしばしば数週間の観察期間が必要です。

ゴールドの力

FAST のセンサーは、金回路の埋め込み層を含む柔軟で伸縮性のある皮膚のようなポリマーで構成されています。 このセンサーは、元ポスドクで共著者の Yasser Khan と Naoji Matsuhisa によって設計された小さな電子バックパックに接続されています。 このデバイスは、メンブレンの歪み (伸び縮みの程度) を測定し、そのデータをスマートフォンに送信します。 FAST バックパックを使用することで、腫瘍サイズの縮小に関連する可能性のある治療法を、効果がないものとして迅速かつ自信を持って除外し、さらなる研究のために迅速に追跡することができます。

研究者たちは、マウスを使った研究に基づいて、この新しいデバイスは少なくとも 3 つの重要な進歩をもたらすと述べています。 まず、センサーがマウスに物理的に接続され、実験期間全体にわたって所定の位置に留まるため、継続的な監視が提供されます。 第二に、柔軟なセンサーは腫瘍を包み込むため、他の方法では見分けるのが難しい形状の変化を測定することができます。 第三に、FAST は自律的かつ非侵襲的です。 絆創膏と同じように皮膚に接続され、バッテリーで動作し、ワイヤレスで接続されます。 マウスはデバイスやワイヤーに邪魔されずに自由に動くことができ、科学者はセンサーの配置後にマウスを積極的に扱う必要はありません。 FAST パックは再利用可能で、組み立てにわずか 60 ドルほどかかり、数分でマウスに取り付けることができます。

ブレークスルーは、FAST の柔軟な電子材料にあります。 皮膚のようなポリマーの上に金の層がコーティングされており、引き伸ばされると、材料の電気伝導率を変化させる小さな亀裂が発生します。 材料が伸び、亀裂の数が増加し、センサーの電子抵抗も増加します。 材料が収縮すると、亀裂が再び接触し、導電性が向上します。

Abramson と共著者の松久 (東京大学准教授) は、これらの亀裂の伝播と導電率の指数関数的変化が、寸法と体積の変化と数学的にどのように等しいかを特徴付けました。

研究者が克服しなければならなかった 1 つのハードルは、センサー自体が腫瘍に過度の圧力を加えて効果的に圧迫することにより、測定値を損なう可能性があるという懸念でした。 そのリスクを回避するために、彼らは柔軟な素材の機械的特性を皮膚自体に慎重に適合させ、センサーを本物の皮膚のようにしなやかでしなやかにしました。

一見シンプルなデザインですが、これらの固有の利点は、製薬および腫瘍学のコミュニティにとって非常に興味深いものになるはずです。 FAST は、がん治療のスクリーニング プロセスを大幅に迅速化し、自動化し、コストを削減する可能性があります。」


研究の筆頭著者であるアレックス・エイブラムソン

ソース:

ジャーナルの参照:

エイブラムソン、A.、他。 (2022) 腫瘍の退縮をリアルタイムで監視するための柔軟な電子ひずみセンサー。 科学の進歩。 doi.org/10.1126/sciadv.abn6550.



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