Revolutionaire vezelprobe meet drie vitale biomarkers tegelijkertijd

Een team van wetenschappers aan de Universiteit van Texas in Austin heeft een baanbrekende vezelprobe ontwikkeld die gezondheidsmonitoring naar een hoger niveau tilt. De probe meet drie cruciale biomarkers tegelijkertijd: glucose, lactaat en ethanol. Dit maakt snelle, minimaal invasieve monitoring mogelijk, wat zowel patiënten als zorgverleners wereldwijd ten goede komt.

De probe is met een diameter van slechts 1,1 millimeter de kleinste van zijn soort. ‘Real-time monitoring van biomarkers zoals glucose, lactaat en ethanol is essentieel voor het begrijpen van de stofwisseling en het nemen van behandelbeslissingen in kritieke zorgsituaties,’ aldus Tanya Hutter, hoogleraar aan de Cockrell School of Engineering van de Universiteit van Texas in Austin en hoofdauteur van het onderzoek, gepubliceerd in Nature Communications.

Glucosemetingen zijn van levensbelang voor mensen met diabetes, terwijl verhoogde lactaatwaarden kunnen wijzen op sepsis of weefselhypoxie. Ethanolmetingen zijn cruciaal bij alcoholintoxicatie, verslavingstherapie en alcoholgerelateerde lever- of hersenbeschadigingen. Deze drie moleculen spelen ook een belangrijke rol bij algemene gezondheid, fitness en metabolische beoordelingen. Hun concentraties geven inzicht in energieverbruik, fysieke prestaties en algemene fysiologische stress.

Door glucose, lactaat en ethanol continu of op het punt van zorg te meten, kan vroegtijdige diagnose worden ondersteund, klinische interventies worden gestuurd en gepersonaliseerde gezondheidsmonitoring worden gerealiseerd – zowel in medische als in dagelijkse settings.

Hoe werkt de innovatieve vezelprobe?

Traditioneel worden deze biomarkers afzonderlijk gemeten met verschillende apparaten. Dit proces is vaak tijdrovend, invasief en kostbaar. De nieuwe vezelprobe biedt hier een oplossing: hij meet biomarkers direct in het weefsel, waardoor realtime resultaten mogelijk zijn.

Ter vergelijking: bij microdialyse, een veelgebruikte methode voor het meten van kleine moleculen in levend weefsel, moeten vloeistofmonsters worden verzameld en offline geanalyseerd. Dit is arbeidsintensief en levert vertraagde informatie op, wat de reactietijd van zorgverleners beperkt in kritieke situaties. ‘In een intensive care, waar elke seconde telt, is snelle informatie cruciaal,’ benadrukt Hutter.

De technologie achter de probe

De vezelprobe bestaat uit twee zilverhalogenide optische vezels, verpakt in een duurzame polyetheretherketon (PEEK) buis en omgeven door een semi-permeabel membraan. Eén vezel heeft een schuine punt voor het verzenden en ontvangen van licht, terwijl de andere is gecoat met goud om als spiegel te fungeren. Het membraan voorkomt direct contact tussen de sensor en het weefsel, wat de biocompatibiliteit verbetert en interferentie door grote moleculen zoals eiwitten vermindert.

De probe is aangesloten op een quantum cascade laser (QCL), die mid-infrarood licht levert. Dit licht interageert met moleculen in het weefsel. Elke molecule absorbeert licht op specifieke golflengtes, waardoor een unieke spectrale handtekening ontstaat. De mate van lichtabsorptie is evenredig met de concentratie van de molecule, wat kwantificering mogelijk maakt. De probe reageert niet met de moleculen en verandert ze niet; hij meet alleen hun respons op licht.

Toepassingen en voordelen

De innovatieve probe biedt verschillende voordelen ten opzichte van bestaande methoden:

• Snelle resultaten: Real-time monitoring maakt directe besluitvorming mogelijk.
• Minimaal invasief: De kleine afmetingen beperken weefselschade.
• Meerdere biomarkers tegelijk: Geen noodzaak voor verschillende apparaten of procedures.
• Biocompatibel en betrouwbaar: Het semi-permeabele membraan voorkomt interferentie en verbetert de veiligheid.

Deze technologie opent de deur naar nieuwe toepassingen, zoals continue monitoring bij patiënten met traumatisch hersenletsel, diabetesmanagement of fitness- en welzijnsmonitoring. Daarnaast kan de probe worden ingezet voor onderzoek naar metabolische aandoeningen en de ontwikkeling van gepersonaliseerde behandelplannen.

Het onderzoek, gepubliceerd in Nature Communications, markeert een belangrijke stap voorwaarts in de gezondheidszorg. De compacte vezelprobe combineert precisie, snelheid en gebruiksgemak, wat het een waardevol instrument maakt voor zowel klinische als persoonlijke gezondheidsmonitoring.