Все по-тънки и умни - те са бъдещето на здравеопазването

Кожните сензори правят революция в диагностиката и грижите за пациентите

Все по-тънки и умни - те са бъдещето на здравеопазването

Тънки, гъвкави, безжични системи за наблюдение на пациентите, които прилепват към кожата, започват да трансформират здравеопазването като правят медицината по-прецизна и персонализирана, пише сп. “Нейчър“ (Nature) в коментарна статия, посветена на новите технологии.

Множество ранни версии на сензори, компютри и предаватели, вплетени в гъвкави лепенки, превръзки или татуировки, се развиват в десетки изпитвания само в неврологията и броят им нараства бързо.

В рамките на едно десетилетие много хора ще носят такива кожни сензори постоянно. С данните, които те събират, ще бъдат захранвани компютърни алгоритми за наблюдение на жизнените показатели, откриване на аномалии и проследяване на лечението.

Това ще позволи медицински проблеми да бъдат откривани по-рано, лекарите ще могат да проследяват възстановяването на пациентите си дистанционно, докато те са у дома и да се намесват, само ако състоянието им се влоши. Всичко това ще подобри прогнозите и диагностиката и ще направи здравеопазването по-безопасно и ефективно.

Къде сме сега?

Първото поколение биоинтегрирани сензори може да проследява биофизични сигнали, като сърдечни ритми, дишане, температура и движение. Появяват се и по-напреднали системи, които могат да проследяват определени биомаркери (като например глюкоза), както и действия като преглъщане и говор.

Редица малки фирми търгуват с меки биосензорни системи, които измерват клиничните данни непрекъснато. Например пластирът за еднократна употреба Zio следи електрическите импулси на сърцето за 14 дни и е по-ефективен от периодичните болнични проверки при откриването на ритъмни нарушения. Но той е обемист и временен, а данните трябва да се изтеглят след употреба, вместо да се предават в реално време.

По-напредналите сензори преминават през клинични изпитвания. Те включват още по-малки сензорни мрежи за сърдечен ритъм, дишане и температура. Те могат да предават данни безжично и са достатъчно меки, за да се поставят върху гърдите на недоносени бебета, без да увредят крехката им кожа. Не е необходимо медицински сестри, лекари или родители да прекъсват гората от кабели, когато искат да вземат бебето.

Трябва да се преодолеят обаче още много предизвикателства, за да могат сензорите да са подходящи за широко приложение. Иновациите в материалите, устройствата и дизайна трябва да направят меките биосензори още по-малки, по-тънки, по-леки и нуждаещи се от по-малко захранване. Точността, прецизността и обхватът на измерванията трябва да се подобрят. Внимание изискват също регулирането, разходите, използването и сигурността на данните.

Биомаркери

Всички гъвкави сензорни системи, одобрени от Американската администрация по храните и лекарствата (FDA) досега, събират биофизични сигнали. Биохимичните индикатори, като например нивата на глюкоза или хормони, са трудни за събиране, без да се пробива кожата с игли.

Някои появяващи се устройства събират флуид, като поставят влакно в кожата. Откриването на химикали в потта е обещаваща алтернатива. Потта съдържа много показатели, свързани с здравето на клетките и функцията на органите (като електролити), имунната система (цитокини) и лекарствените взаимодействия (метаболити). Разработват се сензори за изпотяване, които улавят хлорид, глюкоза, лактат, урея, креатинин, алкохол, рН и дори тежки метали. Количественото определяне на нивата на протеини и хормони в потта допълнително ще увеличи приложимостта на тези сензори.

И все пак, сензорите трябва да могат да събират и анализират пот, без да се замърсяват или разпадат, и това също ще изисква нови химически тестове и анализи.

Диагностика

Възможностите за изобразяване и спектроскопия ще позволят диагностика на тялото в реално време. Ако такива системи бъдат миниатюризирани, те биха могли да диагностицират тумори на кожата без необходимост от биопсия или операция. В момента те все още са скъпи, обемисти и жични.

Лекарства

Устройствата, които създават кожни усещания, като вибрации, могат да подобрят рехабилитацията. Освен това лекарствата могат да бъдат доставяни чрез кожни пластири, което вече се прилага при медикаментите за морска болест (scopolamine), болка (fentanyl), контрацепция (norelgestromin и ethinylestradiol ) и високо кръвно налягане (clonidine).

Сензорите могат също да доставят електрическа или термична стимулация за лечение на неврологични нарушения или повлияване на болката.

Импланти

Тънък и гъвкав имплант може да бъде увит около сърцето или гръбначния стълб, за да ги мониторира и стимулира. Демонстрационни версии на тънки, гъвкави технологии, които проследяват електрическата активност на мозъка, са тествани при мишки, крави и примати.

Практическите предизвикателства включват разработване на биосъвместими материали и производство на ултра тънки слоеве, които защитават електрониката в продължение на години или десетилетия. Някои пластири могат да се топят безвредно след като свършат работата си, точно както раната заздравява.

Материали и дизайн

Има още работа за вършене, за да се направят устройствата по-малко забележими за носещите. Днешните пластири обикновено включват ултратънка силиконова електроника. В бъдеще могат да се използват органични полимери, за да се направят биосензори, които се самовъзстановяват.

И меките материали ще имат свои собствени функции, като например може да са антимикробни или да променят цвета си, ако бъде открит биохимичен материал.

Пластирът Zio мониторира електрическите импулси на сърцето.

Захранването на устройствата може да става чрез движения на тялото или промени в температурата или притока на кръв вместо чрез батерии.

Събиране на данни

Комбинациите от сензори трябва да бъдат проектирани така, че да отговарят на определени условия. Например при болните от Паркинсон един единствен сензор на ръката е достатъчен за откриване на тремор. Но при хора, преживели инсулт, мониторирането колко трудно кракът им стъпва на земята при ходене, колко силно преглъщат или колко дълбоко спят ще изисква допълнителни сензори. За да се подобри качеството на данните, тези сензори трябва да бъдат разположени на най-добрите места на тялото за събиране на информация.

Например, сигналите на електрокардиограмата трябва да бъдат записани на гърдите, а не на китката. Походката се оценява по-добре със сензори на глезените.

Освен това трябва да бъде решено дали е по-добре да се предават всички данни от мониторинга в облака или да се обработват някои от тях на чип и да се предават само ключови параметри или изводи под формата на предупреждения или съобщения.

Интерпретация на данните

Трябва да бъдат разработени цифрови табла, които да позволят на лекарите и пациентите да проследяват резултатите, да регистрират промените и да вземат клинични решения.

Дългосрочното наблюдение ще помогне на лекарите да оценят по-добре как протича възстановяването след инсулт, болестта на Паркинсон и други заболявания.

Оценка на поведението

Трябва да се научи повече и за това как пациентите използват биосензорите в ежедневието си. Ако хората трябва да носят устройствата в продължение на седмици или месеци, пластирите ще трябва да изглеждат приемливи и максимално привлекателни. Те трябва да бъдат удобни и да поддържат добър контакт с кожата по време на измиване или упражнения. Въпреки че някои сензори вече са достатъчно малки и достатъчно тънки, за да не се виждат през дрехите, те ще трябва да станат още по-малки и по-тънки.

Навлизане в клиничната практика

За привеждането на тези технологии в полза на пациентите трябва да се предприемат действия на още три фронта: валидиране, регулиране и защита на данните.

За да се ускори навлизането им в клиничната практика меките биосензори трябва да са насочени към непосрещнати медицински нужди, като например наблюдение на психичното здраве в дома. Промените в жизнените показатели и в невроендокринните, невротропните и възпалителните биомаркери могат да предоставят познания, които днес не са достъпни за клиницистите. Признаци на социална изолация и самота биха могли да са сигнал за посещение от полагащата грижи сестра или болногледач или обаждане от любим човек.

Безжичният мониторинг на здравето също може да революционизира здравеопазването в страни, където липсва инфраструктура.

По-късно тази година предстои изследване на биосензори в клиники за проследяване на бременност и раждане в няколко африкански страни, включително Замбия, Кения и Южна Африка в партньорство с неправителствените организации Фондация “Бил и Мелинда Гейтс“ и Спасете децата (Save the Children).
Пластирите ще проследяват физиологични данни като физическа активност, кръвно налягане и дихателна честота при жени и техните бебета по време на бременност, предупреждавайки за усложнения като фетална хипоксия или предстоящ кръвоизлив.

Регулация

Регулаторното одобрение е от решаващо значение и е ключово предизвикателство. Хардуерът е до голяма степен обхванат от съществуващите рамки в САЩ, алгоритмите не са. Но има окуражаващи признаци, че софтуерните приложения могат да бъдат регулирани.

През последните няколко години FDA одобри технология за диагностициране на диабетна ретинопатия, първото хапче с вграден сензор (Abilify MyCite) и приложение за лечение на нарушения вследствие употребата на опиати (reSET-O).

Програмата за предварителна сертификация на FDA позволява медицински софтуер от определени доверени разработчици да бъде използван преди официалната оценка. Регламентите трябва да се адаптират бързо, тъй като границите между устройства, данни, софтуер и терапия продължават да се размиват.

Специално внимание трябва да се обърне на клиничните области с най-голяма нужда и минимален риск като при някои редки заболявания, в педиатрията, женското здраве и грижата за възрастните.

Сигурност на данните

Сигурността на данните трябва да бъде основен приоритет, особено информацията за пациентите. Настоящето законодателство в САЩ има насоки за конфиденциалното обработване на информацията за пациентите, но те са приети през 1996 г, много преди бумът на мобилните устройства и носимите сензори. Необходими са нови рамки.

Пациентите трябва да притежават собствените си данни. Трябва да се обърне специално внимание и да се гарантира, че компаниите не използват медицински данни за търговска печалба без одобрение и да не се допуска разделение между тези, които имат и нямат достъп до тази технология.

Финансиране

Остава да се види как ще се плащат тези сензорни системи и как ще се възстановяват разходите за анализа на данните и последващите действия от лекарите. Все пак, финансиращите здравеопазването трябва да подкрепят биоинтегрираните сензорни системи, тъй като те потенциално могат да подобрят качеството на грижите и да намалят разходите.

Това е в унисон с преминаването към т.нар. модел на value-based care в САЩ, където здравноосигурителните компании и правителствените планове като Медикеър подбират леченията въз основа на тяхната ефикасност, а не просто възстановяват разходите за тях.

Въпреки многото предизвикателства, усилията ще си заслужават: биоинтегрираните сензори имат потенциала да трансформират почти всеки аспект на медицината. 

Споделяне

Още по темата

Още от Общество