חיישן סיבים זעיר מודד שלושה סמנים רפואיים בו-זמנית

חוקרים מאוניברסיטת טקסס באוסטין פיתחו חיישן סיבים חדשני, הקטן ביותר מסוגו בעולם, המסוגל למדוד בו-זמנית שלושה סמנים מטבוליים מרכזיים: גלוקוז, לקטט ואתנול. המכשיר, שגודלו 1.1 מילימטר בלבד, מציע פתרון חדשני לניטור רציף של מצבים רפואיים קריטיים, תוך שיפור משמעותי באיכות הטיפול בחולים.

פרופ' טניה הוטר, מהמחלקה להנדסת מכונות בבית הספר להנדסה על שם קוקרל באוניברסיטת טקסס, ומובילת המחקר שפורסם בכתב העת Nature Communications, מסבירה: "ניטור בזמן אמת של סמנים כמו גלוקוז, לקטט ואתנול חיוני להבנת מצב המטבוליזם של המטופל ולהנחיית החלטות טיפוליות במצבים קריטיים. החיישן שלנו מציע פתרון ייחודי למדידת שלושת המולקולות הללו בו-זמנית, ומספק תמונה מלאה יותר של מצב המטבוליזם."

גלוקוז הוא סמן קריטי לניהול סוכרת, בעוד שרמות לקטט גבוהות עשויות להצביע על זיהום דם (ספסיס) או היפוקסיה ברקמות. מדידת אתנול חשובה במקרים של הרעלת אלכוהול, טיפול בהתמכרויות ופגיעות כבד או מוח הקשורות לאלכוהול. שלושת המולקולות הללו משמעותיות גם להערכת בריאות כללית, כושר גופני ולחץ פיזיולוגי. ניטור רציף שלהן יכול לסייע באבחון מוקדם, בהנחיית התערבויות רפואיות ובניטור מותאם אישית הן במסגרות רפואיות והן בחיי היומיום.

יתרונות מול שיטות קיימות

כיום, מדידת סמנים אלו מתבצעת באמצעות מכשירים נפרדים, תהליך שיכול להיות פולשני, יקר ודורש זמן רב. לעומת זאת, החיישן החדש מאפשר מדידה ישירה ברקמות הגוף, תוך מתן תוצאות בזמן אמת ללא צורך בדגימות נוזלים מורכבות.

שיטת המיקרודיאליזה, למשל, משמשת כיום לניטור מולקולות קטנות בגוף באמצעות החדרת צינורית דקה לרקמות. עם זאת, שיטה זו דורשת איסוף דגימות נוזלים, עיבודן וניתוחן במעבדה, מה שגורם לעיכובים משמעותיים בקבלת המידע. במקרים של פגיעות מוחיות קשות, למשל, עיכובים אלו עלולים להגביל את יכולת הצוות הרפואי להגיב במהירות לשינויים מטבוליים מסכני חיים.

"ביחידות טיפול נמרץ, כל שנייה חשובה. אנחנו צריכים מידע מהיר כדי לקבל החלטות קריטיות", אמרה פרופ' הוטר.

איך עובד החיישן החדשני?

החיישן מורכב משתי סיבי הליד כסף המוכנסים לצינורית עשויה פוליאתר-אתר-קטון (PEEK), המוקפת בממברנה חדירה למחצה. אחת הסיבים בעלת קצה משופע לשליחה וקבלה של אור, בעוד השנייה מצופה בזהב ופועלת כמראה. הממברנה מונעת מגע ישיר בין האזור החישה לרקמה, תוך שיפור הביוסיביליות והפחתת הפרעות ממולקולות גדולות כמו חלבונים.

החיישן מחובר למקור אור תת-אדום (QCL), אשר פולט אור באורכי גל ספציפיים. כאשר האור נפגש במולקולות ברקמה, הן סופגות חלק מהאור בהתאם לריכוזן, ויוצרות 'חתימה ספקטרלית' ייחודית. באמצעות ניתוח עוצמת הספיגה, ניתן לכמת במדויק את ריכוז המולקולות השונות.

בניגוד לשיטות אחרות, החיישן אינו מגיב או משנה את המולקולות עצמן – הוא פשוט מודד את תגובתן לאור. יכולת זו מאפשרת ניטור רציף ומדויק ללא הפרעה לסביבה המקומית של הרקמה.