使用可飲用電子傳感器跟蹤癌細(xì)胞的發(fā)育

由于EPFL研究人員提出了一種非正統(tǒng)的方法，患者可能很快就能通過飲用含有數(shù)百萬偽裝成細(xì)菌的微型電子傳感器的解決方案來追蹤他們的疾病。

想象一下，能夠?qū)崟r跟蹤病變細(xì)胞的發(fā)展，只需讓患者喝一杯含有數(shù)百萬個微小電子生物傳感器的水即可。一旦攝取了微觀傳感器，它們將移動到患者體內(nèi)的患病組織并通過遙測發(fā)送連續(xù)的診斷數(shù)據(jù)流。

這是EPFL綜合系統(tǒng)實驗室(工程/計算機(jī)和通信科學(xué)學(xué)院)的Sandro Carrara和倫敦帝國理工學(xué)院的Pantelis Georgiou的雄心勃勃的目標(biāo)。由于集成電路的納米加工工藝的進(jìn)步，這種技術(shù)現(xiàn)在似乎成為可能。伯克利研究人員在2013年討論了類似的概念，他們建議將CMOS電路灑入人體皮層以監(jiān)測神經(jīng)活動。

在EPFL，研究人員打算將身體灰塵用于更一般的目的。他們已經(jīng)展示了理論上如何創(chuàng)建每側(cè)約10μm的CMOS立方體。他們在IEEE BioCAS會議上介紹了這些發(fā)現(xiàn)。該概念的理論可行性也已在arXiv的預(yù)印本中進(jìn)行了討論。

科學(xué)家希望徹底改變診斷方法，讓醫(yī)生更好地了解癌癥等疾病。“今天，醫(yī)生給癌癥患者提供藥物并等待腫瘤細(xì)胞是否消失。但對于細(xì)胞如何應(yīng)對特定治療的持續(xù)反饋將具有前所未有的價值，”卡拉拉說。

微觀傳感器將是立方體形狀并且在其表面上具有三個互補電極。在患者吞咽它們之后，它們將通過內(nèi)吞作用的自然過程穿過腸壁。但只有當(dāng)患者的身體認(rèn)為傳感器是細(xì)菌或紅細(xì)胞時，才會發(fā)生這一過程。因此，科學(xué)家們計劃用特殊涂層覆蓋傳感器，并將每側(cè)的縮小至10μm。一旦傳感器進(jìn)入血流，它們將行進(jìn)到受影響的區(qū)域并使用諸如抗體的靶向配體附著到患病細(xì)胞。從那里他們可以追蹤疾病的進(jìn)展。

這些傳感器就像間諜一樣，提供有關(guān)癌細(xì)胞新陳代謝的信息，或者提供給藥的局部濃度。“傳感器表面上的電極能夠識別它們接觸到的正確蛋白質(zhì)或藥物分子，因為每種類型的分子都會以不同的方式改變電流，”卡拉拉說。將使用無線能量傳輸系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)。“在患者體外產(chǎn)生電磁場或超聲波，為傳感器充電并收集數(shù)據(jù)。傳感器不含電池，”Carrara補充道。

充實他們的想法，科學(xué)家們從文獻(xiàn)中具體的例子，例如提請葡萄糖傳感器的10μm左右使用CMOS電路，并具有直徑為僅有2.5微米的簡單葡萄糖傳感器。此外，2016年已經(jīng)成功地在老鼠身上測試了一個覆蓋有生物相容性環(huán)氧樹脂的10毫米遙測診斷設(shè)備。然而，該研究團(tuán)隊仍然需要克服相當(dāng)大的障礙。首先，科學(xué)家們必須將傳感器的每側(cè)縮小到10微米以下，這樣它們的大小與紅細(xì)胞大致相同。然后他們必須證明他們的技術(shù)和充電系統(tǒng)的可行性。

這些微小的傳感器會有任何副作用嗎?現(xiàn)在，現(xiàn)在說還為時過早?？茖W(xué)家認(rèn)為，傳感器可以很容易地從患者體內(nèi)消除，無論是腫瘤本身被移除，還是如果事實證明沒有患病組織，那么通過患者的尿液或糞便。