可穿戴传感器可指导精确给药

对于一些用于对抗感染和癌症的强力药物来说，治疗剂量和足以引起危险副作用的剂量之间只有很小的差别。但预测这一边际是一个长期的挑战，因为不同的人对药物的反应不同，即使是同样的剂量。

目前，医生可以通过抽血来检测病人体内的药量来校准他们给药的量。但这些测试的结果通常需要一天的时间来处理，而且只在一两个时刻测量剂量，所以在确定如何实时调整剂量时，它们没有多大帮助。

现在，一个由加州大学洛杉矶分校领导的研究团队开发了一种可穿戴贴片，它使用廉价的微针来分析皮肤下面不到一毫米的细胞之间的液体，并连续记录体内药物的浓度。这项技术可能会提高医生精确用药剂量的能力。

在一项研究中发表在科学的进步在美国，研究人员在用抗生素治疗过的老鼠身上测试了该系统。利用该设备在给药后约15分钟内采集的数据，研究人员可靠地预测了总共有多少药物会有效地输送到动物的系统中。

“这种生物传感微针技术推动了个性化医疗的许多不同方面，”该论文的高级通讯作者、美国医学研究学会成员萨姆·埃玛内内贾德说加州纳米系统研究所。“它可以让我们通过优化每个人的药物剂量来改善治疗，而且价格便宜，所以每个人都可以从这种解决方案中受益。此外，它不仅可以测量药物分子，还可以测量体内与健康相关的自然分子，从而为可穿戴健康监测提供一种新形式。”

Emaminejad也是该学院电气和计算机工程的副教授加州大学洛杉矶分校Samueli工程学院还有导演互联集成生物电子学实验室。

精确测量药物剂量的能力也可以扩大医生治疗病人的选择。今天，医生不愿开一些在适当剂量下非常有效，但在剂量过高时有毒甚至致命的药物。使他们能够更安全地使用这些药物，也可能有助于减轻危险细菌对抗生素日益增加的耐药性。

“新出现的微生物抗生素耐药性危机在一定程度上源于抗生素的无效使用，包括药物选择不当，”斯坦福大学儿科肺科医生卡洛斯·米拉(Carlos Milla)说，他是该研究的合著者。“这通常是由于难以管理最有效的药物来避免严重的毒性。这种传感器无疑为使用最有效的药物提供了极高的精度和信心。”

这种贴片直径约四分之一英寸，利用被称为适体的工程DNA链检测药物。当一个适体与一个特定的目标分子接触时，它就会改变形状。在该装置中，适体的一端被锚定在沉积在微针上的金纳米颗粒上。适体的另一端连接到特殊的分子上，当适体改变形状时会产生可测量的信号。

微针的外露部分只有大约半毫米长，它是由临床级针灸针切割而成的。

研究人员使用三种不同剂量的抗生素妥布霉素在大鼠身上评估了该装置。他们发现，这种贴片测量的药物浓度与传统血液测试产生的药物浓度相关。这种贴片对体内药物浓度峰值的测量——发生在给药后的前12到20分钟——可以用来预测在一个小时或更长时间内有多少药物有效地输送到身体。

“这些实验不仅表明我们的传感器读数是可靠的，而且还验证了我们的模型将微创测量与血液中循环的药物浓度相关联，”主要作者林树宇说，他曾是伊玛内贾德实验室的成员，最近刚从加州大学洛杉矶分校获得博士学位。

作者估计，生产这种贴片的材料成本每单位不到2美元，这表明它可以大规模生产，成本效益高。未来的研究将集中在优化贴片和进一步分析其安全性，然后再进行临床试验。这项研究的部分资金将来自CNSI的资助贵族家族创新基金。

参考:林松，程鑫，朱军，等。可穿戴微针电化学适体生物传感用于窄治疗窗口药物的精确给药。科学的进步．2022; 8 (38): eabq4539。doi:10.1126 / sciadv.abq4539

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