Чтобы повысить точность мониторинга критически важных лекарств, таких как сильнодействующие антибиотики, междисциплинарная группа исследователей из KAUST разработала носимое устройство, способное непрерывно отслеживать уровень лекарств в интерстициальной жидкости, находящейся непосредственно под кожей. Платформа предназначена для мониторинга уровня антибиотика ванкомицина, но может быть адаптирована для других лекарств, что позволит применять персонализированный подход к дозировке. Статья опубликована в журнале Device.
Традиционный метод контроля уровня терапевтических препаратов в организме заключается в заборе крови и ожидании результатов лабораторных исследований в течение нескольких часов.
«Главный недостаток этого метода, помимо необходимости ждать результатов, заключается в том, что он дает врачам лишь поверхностное представление о высокодинамичной системе — организм каждого человека по-своему реагирует на лекарства и метаболизирует их», — говорит аспирант Юрий Цыбан, работавший над проектом. У некоторых лекарств узкий терапевтический индекс, то есть небольшие изменения в концентрации препарата могут иметь серьезные клинические последствия: доза, безопасная и эффективная для одного пациента, может оказаться токсичной или неэффективной для другого.
Интерстициальная жидкость — это жидкость, находящаяся в микроскопических пространствах между клетками. Дермальная интерстициальная жидкость окружает клетки дермы — слоя под поверхностью кожи. Она содержит питательные вещества и метаболиты, а концентрация многих лекарств в ней практически совпадает с их концентрацией в кровотоке, что делает ее перспективной альтернативой традиционному забору крови. Действительно, мониторинг уровня глюкозы в интерстициальной жидкости стал распространенной практикой при лечении диабета.
Команда разработала носимый пластырь с крошечным набором микроигл, которые слегка прокалывают кожу для непрерывного мониторинга уровня антибиотика ванкомицина.
«Наше устройство с микроиглами покрыто ДНК-аптамером — короткой цепочкой ДНК, предназначенной для избирательного распознавания и связывания молекул-мишеней, таких как лекарственные препараты, — говорит Цыбан. — Когда препарат присутствует в интерстициальной жидкости под кожей, аптамер меняет свою форму. Это конформационное изменение вызывает электрохимический сигнал, который позволяет непрерывно определять концентрацию препарата».
Электрический сигнал измеряется с помощью миниатюрного мобильного потенциостата (MSTAT), разработанного командой ученых. MSTAT обрабатывает поступающие данные, преобразует их в расчетную концентрацию препарата и передает результаты в приложение на смартфоне. Устройство может снизить потребность в сложном лабораторном оборудовании и специалистах узкого профиля, позволяя осуществлять мониторинг терапевтических препаратов в режиме реального времени в больницах и на дому, а также повышать безопасность лечения и оптимизировать дозировку препаратов.
Первоначальные исследования на мышах показали, что устройство отслеживает многократное введение препарата в течение 4 часов. Отдельные лабораторные тесты с использованием искусственной интерстициальной жидкости продемонстрировали, что система сохраняет стабильность до 10 часов.
«MSTAT также выявил явные различия в концентрации ванкомицина у разных животных, а это именно та информация, которой не хватает при дозировании на основе периодических анализов крови», — говорит Салама, автор работы.
«Хотя слово "игла" поначалу может пугать, микроиглы сильно отличаются от обычных игл для подкожных инъекций, — добавляет Цыбан. — Они проникают только в верхние слои кожи, и их удобно носить. По мере распространения носимых технологий мы ожидаем, что их будут использовать все чаще, особенно если они сократят необходимость в повторных заборах крови и визитах в больницу».
«Прежде чем это устройство можно будет использовать в клинической практике, предстоит проделать еще много важной работы, в том числе повысить его долгосрочную стабильность и завершить необходимые исследования на биосовместимость», — заключает Салама.
[Фото: magnific]
