Tack vare ett okonventionellt tillvägagångssätt som föreslås av EPFL -forskare, patienter kan snart kunna spåra sin sjukdom genom att bara dricka en lösning som innehåller miljontals små elektroniska sensorer förklädda som bakterier.

Tänk dig att kunna spåra utvecklingen av sjuka celler i realtid, helt enkelt genom att låta patienter dricka ett glas vatten som innehåller miljontals små elektroniska biosensorer. När de mikroskopiska sensorerna har intagits, de skulle resa till sjuk vävnad i en patients kropp och skicka ut en kontinuerlig ström av diagnostisk data via telemetri.

Det är det ambitiösa målet som Sandro Carrara från EPFL:s Integrated Systems Laboratory (School of Engineering/ Computer and Communication Sciences) och Pantelis Georgiou från Imperial College London har satt upp för sig själva. Sådan teknik verkar nu möjlig tack vare framsteg i nanofabrikationsprocesser för integrerade kretsar. Berkeley -forskare hade diskuterat ett liknande koncept 2013 där de föreslog att spraya CMOS -kretsar i den mänskliga cortexen för att övervaka neural aktivitet.

På EPFL, forskarna tänker använda kroppsdamm för ett mer allmänt ändamål. De har redan visat hur en CMOS -kub på cirka 10 µm på varje sida teoretiskt skulle kunna skapas. De presenterade dessa fynd vid IEEE BioCAS -konferensen. Konceptets teoretiska genomförbarhet har också diskuterats i ett förtryck om arXiv.

Forskarna hoppas kunna revolutionera diagnostiska metoder och ge läkare en bättre förståelse för sjukdomar som cancer. "Idag ger läkare läkemedel till cancerpatienter och väntar på att se om tumörcellerna försvinner. Men att ha kontinuerlig feedback om hur cellerna reagerar på en given behandling skulle vara av oöverträffat värde, säger Carrara.

De mikroskopiska sensorerna skulle vara kubformade och ha tre komplementära elektroder på sina ytor. Efter att en patient svalt dem, de skulle passera genom tarmväggarna via den naturliga processen med endocytos. Men den processen kan hända bara om patientens kropp tror att sensorerna är bakterier eller röda blodkroppar. Så forskarna planerar att täcka sensorerna med en speciell beläggning och krympa dem till 10 µm på varje sida. När sensorerna kommer in i blodet, de skulle resa till det drabbade området och fästa sig vid sjuka celler med hjälp av riktade ligander som antikroppar. Därifrån kunde de följa sjukdomens framsteg.

Sensorerna skulle fungera som spioner, tillhandahålla information om en cancercells metabolism till exempel, eller på den lokala koncentrationen av ett läkemedel som hade administrerats. "Elektroderna på sensornas ytor skulle kunna identifiera rätt protein eller läkemedelsmolekyl som de kommer i kontakt med, eftersom varje typ av molekyl skulle förändra strömmen på ett annat sätt, "säger Carrara. Data skulle samlas in med ett trådlöst energisystem." Ett elektromagnetiskt fält eller ultraljudsvågor skulle genereras utanför en patients kropp för att ladda sensorerna och samla in data. Sensorerna innehåller inte batterier, "tillägger Carrara.

För att förverkliga sin idé, forskarna drog utifrån konkreta exempel i litteraturen, såsom glukossensorer på cirka 10 µm som använder CMOS -kretsar, och en enkel glukossensor med en diameter på bara 2,5 µm. Dessutom, en 10 mm telemetrisk diagnostisk enhet som är täckt med ett biokompatibelt epoxiharts har redan framgångsrikt testats på möss 2016. Men forskargruppen har fortfarande betydande hinder att övervinna. Först, forskarna måste krympa sensorerna till under 10 µm på varje sida, så att de är ungefär lika stora som röda blodkroppar. Då måste de demonstrera genomförbarheten av både sin teknik och laddningssystemet.

Skulle dessa små sensorer ha några biverkningar? Tills vidare, det är för tidigt att säga. Forskarna tror att sensorerna lätt kan elimineras från en patients kropp, antingen när själva tumören avlägsnas eller, om det visar sig att det inte finns någon sjuk vävnad, sedan genom patientens urin eller avföring.