يتيح التطوير المشترك بين البروفيسور حسام حايك من معهد التخنيون وباحثين من جامعة صن يات صن قياس مستوى الجلوكوز وجرعة الميتفورمين الشخصية باستخدام الإبر الدقيقة وأجهزة الاستشعار النانوية البيولوجية
جريدة طبيعة الاتصالات يُقدم تقريرًا عن منصة قابلة للارتداء تُمكّن من تحديد جرعات الأدوية بدقة من خلال المراقبة المستمرة لعلامات المرض والأدوية في الوقت الفعلي. وقد أُجري البحث متعدد التخصصات بقيادة البروفيسور حسام حايك من كلية وولفسون للهندسة الكيميائية في معهد التخنيون، وجيان يانغ، وشيا غونغ، ويينغ تشنغ، بالتعاون مع البروفيسور تشانغتشينغ يي والبروفيسور لالون جيانج من جامعة صن يات صن في الصينهذا نظام قابل للارتداء، يعتمد على إبر دقيقة وأجهزة مراقبة آنية، استنادًا إلى السائل بين الخلايا في الجلد، ومستويات السكر، ومستوى دواء السكري الشائع (الميتفورمين). ووفقًا للبروفيسور هايك، "يُمثل هذا النظام فصلًا جديدًا في إدارة الأمراض بشكل ديناميكي وشخصي وآني".
داء السكري مرض مزمن يتميز بارتفاع مستويات الجلوكوز في الدم، مما يُصعّب على الكلى امتصاصه. وهو من أكثر الأمراض شيوعًا في العالم، وقد صنفته الأمم المتحدة وباءً عالميًا. وفقًا لـ الجمعية الإسرائيلية لمرض السكري يؤثر هذا المرض على حوالي 435 شخص تم تشخيص إصابتهم بالسكري، بالإضافة إلى 200 شخص آخرين لا يعلمون بإصابتهم به. في الولايات المتحدة، وفقًا لـCDCيوجد ما يقارب 40 مليون مصاب بالسكري، أي ما يعادل 11.6% من السكان. وفي جميع أنحاء العالم، يتجاوز عدد المصابين به نصف مليار مريض.
من التحديات في مجال داء السكري مراقبة مستويات الجلوكوز والأدوية في الدم. التقنيات الحالية مُرهِقة ومؤلمة، كما أنها ثابتة، مما يعني أنها لا تُحدِّث المعلومات باستمرار بناءً على التغيرات الفسيولوجية المُستمرة. تعتمد معظم العلاجات على نهج مُوحَّد لا يُراعي الفروق الفردية في عملية الأيض وامتصاص الأدوية والاستجابة لها. قد يُؤدي هذا الخلل في الدقة إلى حالات خطيرة، بما في ذلك نقص سكر الدم (انخفاض حاد في مستوى الجلوكوز في الدم).
تحل التكنولوجيا التي تم تطويرها في معهد التخنيون هذه المشاكل عن طريق: المراقبة المستمرة للمؤشرات الحيوية والأدوية باستخدام الإبر الدقيقة. تلتصق مصفوفة الإبر الدقيقة بالجلد دون ألم، وتراقب مستويات الجلوكوز والأدوية آنيًا. تجمع المنصة بين الإبر الدقيقة المطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، وأجهزة استشعار قائمة على إنزيمات نانوية، وإمكانية الاتصال بالهواتف الذكية، وتطبيق مخصص يُمكّن من علاج مرض السكري بتوجيه دوائي.
يعمل هذا النظام المبتكر كحلقة مغلقة: تخترق الإبر الدقيقة الطبقة العليا من الجلد وترصد المؤشرات الحيوية الموجودة في السائل بين الخلايا. باستخدام مستشعرات فريدة تحتوي على إنزيمات نانوية، يقيس النظام مستويات الجلوكوز والميتفورمين باستمرار ودقة. تُنقل الإشارات عبر البلوتوث إلى تطبيق على الهاتف المحمول، يُجري تحليلات حركية الدواء (PK) وديناميكية الدواء (PD) آنيًا، ويُنتج ملفات تعريف دوائية مُخصصة وتوصيات بالجرعات. يُنبهك التطبيق بأي تغييرات مهمة، ويصل التنبيه فورًا إلى المستخدم أو الطبيب المُعالج.
أثبت الباحثون صحة النظام في كلٍّ من الظروف المخبرية (في المختبر) والحيوانات (في الجسم الحي). وفي دراسة أُجريت على الفئران المصابة بداء السكري، وُجد توافق كبير بين نتائج النظام ونتائج الاختبارات التقليدية (ELISA، جهاز قياس نسبة الجلوكوز). علاوةً على ذلك، كشف النظام الجديد عن تقلبات في مستويات الجلوكوز والدواء - وهي تقلبات لم ترصدها الأنظمة الحالية. لم يقتصر الباحثون على إثبات فعالية النظام، بل استخدموه لبناء نماذج حركية دوائية (تدرس مسار الدواء في الجسم) مصممة خصيصًا. وبهذه الطريقة، أظهروا كيف أن نفس جرعة الميتفورمين تؤثر على أشخاص مختلفين بشكل مختلف تبعًا لعوامل مثل العمر والوزن والتمثيل الغذائي.
يتيح النظام تحسين الجرعة، وتحقيق التوازن بين الفعالية العلاجية والسلامة، وخاصةً في منع تطور الحماض اللبني الناتج عن الدواء. الحماض اللبني هو اضطراب قد يؤدي إلى الدوخة، والتقيؤ، والتعب، وتشنجات العضلات، والهلوسة، وحتى فشل الكبد.
"من خلال المراقبة المستمرة لكل من حالة المرض وعامل العلاج، يتيح النظام التحكم غير المسبوق في العلاج في الوقت الفعلي"، كما يقول البروفيسور هايكيفتح هذا النظام آفاقًا جديدة، ليس فقط في مجال داء السكري، بل في أي مرض مزمن يعتمد على نطاق علاجي ضيق للأدوية. يتميز النظام الجديد بصغر حجمه وسهولة استخدامه، ما يجعله مناسبًا لإدارة الأمراض بشكل شخصي وآني. ويتماشى هذا الابتكار مع رؤية الطب الذكي الذي يجمع بين أجهزة الاستشعار البيولوجية القابلة للارتداء والذكاء الاصطناعي وعلم الأدوية.
في المستقبل، يهدف الفريق إلى توسيع نطاق النظام لمراقبة حالات مزمنة إضافية، مثل أمراض القلب والصرع، من خلال تعديل كيمياء الاستشعار. وفقًا لـ البروفيسور تشانغتشينغ ييويقول أحد مؤلفي المقال: "يقربنا هذا العمل من عصر حيث لن يخبرك الجهاز القابل للارتداء بما يحدث في الجسم فحسب، بل سيوجه علاجك في الوقت الفعلي".
للمقال في المجلة طبيعة الاتصالات
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
