Draagbare technologie verandert in hoog tempo de manier waarop mensen hun gezondheid monitoren. Apparaten zoals continue glucosemeters hebben de meerwaarde van het continu volgen van belangrijke biomarkers bij aandoeningen zoals diabetes al aangetoond. De volgende stap ligt in het meten van andere medisch relevante stoffen. Dat blijkt technisch wel wat complexer, met name omdat deze moleculen vaak in veel lagere concentraties voorkomen dan glucose.
Een veelbelovend toepassingsgebied is het toedienen van medicatie. Momenteel wordt de werking van geneesmiddelen vaak gevolgd via periodieke bloedtesten. Die geven slechts momentopnames van hoe het lichaam een medicijn verwerkt. Bij medicatie waarbij een nauwkeurige dosering essentieel is, kan dit leiden tot gemiste signalen: een dosis kan te laag zijn om effectief te werken of juist te hoog, met schade aan organen zoals de lever of nieren tot gevolg.
Innovatieve micronaaldsensor
Een onderzoeksteam onder leiding van de University of California, Los Angeles (UCLA) heeft nu een innovatieve micronaaldsensor ontwikkeld die deze beperkingen kan doorbreken. De technologie maakt het mogelijk om continu en minimaal invasief moleculen in de huid te meten. In een studie gepubliceerd in Science Translational Medicine werd aangetoond dat de sensor bij ratten tot zes dagen onafgebroken functioneerde.
De sensor werkt door specifieke ‘herkenningsmoleculen’ op het oppervlak van de micronaald. Wanneer een doelstof, bijvoorbeeld een medicijn, zich bindt aan deze moleculen, verandert het elektrische signaal van de sensor. Wat deze nieuwe generatie sensoren onderscheidt, is een innovatieve goudcoating met nanostructuren. Deze microscopisch kleine holtes beschermen de gevoelige meetcomponenten tegen slijtage en vervuiling door biologische materialen.
Daarnaast vergroot deze structuur het effectieve oppervlak van de sensor aanzienlijk, tot wel honderd keer groter dan bij een glad oppervlak. Hierdoor neemt de gevoeligheid toe en wordt de signaal-ruisverhouding verbeterd. Dit maakt het mogelijk om zelfs zeer lage concentraties van stoffen betrouwbaar te meten.
Orgaanschade vroegtijdig ontdekken
In preklinische experimenten gebruikten onderzoekers de sensor om twee soorten geneesmiddelen te volgen: een chemotherapie die door de lever wordt afgebroken en een antibioticum dat via de nieren wordt uitgescheiden. Door continu de concentraties van deze middelen te meten, konden zij afleiden hoe goed deze organen functioneerden.
De resultaten waren veelbelovend. Bij ratten met leverschade werd een vertraagde afbraak van het chemotherapeuticum waargenomen, terwijl bij nierbeschadiging de uitscheiding van het antibioticum vertraagd was. Opvallend was dat de sensor al in een vroeg stadium veranderingen detecteerde, nog voordat traditionele biomarkers zoals creatinine afwijkingen lieten zien.
In een experiment waarin nierfunctiestoornissen zich geleidelijk ontwikkelden en vervolgens gedeeltelijk herstelden, volgde de sensor deze veranderingen nauwkeurig. Dit wijst op potentieel voor vroegtijdige signalering én monitoring van herstelprocessen.
Realtime aanpassen dosering
De implicaties voor de klinische praktijk zijn groot. Continue monitoring van medicijnspiegels en orgaanfunctie kan artsen helpen om doseringen in realtime aan te passen. Dit maakt een meer gepersonaliseerde behandeling mogelijk en kan bijwerkingen aanzienlijk verminderen.
Volgens hoofdonderzoeker Sam Emaminejad toont het onderzoek aan dat metingen vlak onder de huid waardevolle inzichten kunnen geven in processen diep in het lichaam. Door continu te volgen hoe geneesmiddelen worden verwerkt, kan orgaanschade eerder worden opgespoord en kan therapie tijdig worden bijgestuurd.
De technologie biedt bovendien ruimte voor verdere uitbreiding. Toekomstige versies van de sensor kunnen meerdere micronaaldjes bevatten die gelijktijdig verschillende moleculen meten. Dit opent de deur naar bredere toepassingen, bijvoorbeeld bij chronische ziekten of oncologische behandelingen.
Preklinische fase
Hoewel de technologie zich nog in de preklinische fase bevindt, werken onderzoekers aan vervolgstappen richting toepassing bij mensen. De relatief lage productiekosten, die momenteel ongeveer 1,50 dollar per micronaald bedragen, maken opschaling bovendien realistisch.
De ontwikkeling van deze micronaaldsensor toont een bredere trend. De verschuiving van reactieve naar proactieve zorg. Door continu inzicht te krijgen in fysiologische processen, kunnen zorgverleners sneller ingrijpen en behandelingen beter afstemmen op de individuele patiënt. Daarmee vormt deze innovatie een belangrijke stap richting toekomstbestendige, datagedreven gezondheidszorg.
Micronaald technologie|
Begin dit jaar werd een sensorpleister gepresenteerd die met een vergelijkbare, micronaald, technologie is uitgerust. Deze slimme pleister is in staat om elke vijf minuten de concentratie van medicatie, in dit geval antibioticum in het lichaam te meten.
Dat, in Australië ontwikkelde, systeem maakt gebruik van synthetische DNA-gebaseerde sensoren, zogeheten aptameren, die zich specifiek binden aan doelmoleculen zoals vancomycine. Deze sensoren zijn geïntegreerd in micronaaldjes die net onder de huid lichaamsvocht bemonsteren.
