Крошечный датчик может направлять иглы через тело и следить за здоровьем на расстоянии

В наши дни сходите на биопсию, и, скорее всего, вашему врачу придется вырубить вас, разрезать часть вас и искать необходимую ткань. Но что, если вместо этого крошечный датчик мог бы направлять иглу, отображая все ваши внутренности, пока вы (и ваш врач) смотрите это на видеоэкране?

Это обещание нового устройства размером с песчинку, способного передавать беспроводной сигнал на расстояние до 25 сантиметров. По словам исследователей, эта работа также может иметь значение для измерения артериального давления и отслеживания того, как лекарства метаболизируются внутри организма.

Устройство «действительно интересное», говорит Нако Накацука, химик, который разрабатывает миниатюрные биосенсоры для измерения соединений мозга в ETH Zürich и не участвовал в исследовании. Способность маневрировать внутри тела с минимальными нарушениями, по ее словам, «очень крутая».

Новый датчик, работа которого описана сегодня в журнале Science, состоит из двух магнитов: один закреплен на пластиковом корпусе, другой может вращаться и колебаться. Внешнее устройство использует электромагнитные катушки для создания магнитного поля, которое перемещает второй магнит. Затем устройство собирает показания, такие как температура и давление, измеряя изменения во втором магните.

«Дизайн датчика действительно умный и весьма креативный — он мыслит нестандартно», — говорит Монтсеррат Каллеха Гомес, физик, разрабатывающий наномеханические датчики в Институте микро- и нанотехнологий в Мадриде, не принимавший участия в исследовании.

Затем исследователи протестировали свой минисенсор в различных условиях. В одном необычном эксперименте они приклеили трекер на спину пчелы. Даже на высокой скорости, с которой летают пчелы, устройство смогло точно отслеживать движения насекомого. «Можно было отслеживать путь и ориентацию [пчёл в полете]», — говорит соавтор Юрген Рамер, физик из Philips Research. «Это сработало на удивление хорошо».

Команда Рамера также оснастила кончик иглы для биопсии датчиком и ввела его в большую, похожую на ткань каплю желатина, чтобы проверить, может ли датчик помочь направлять медицинские инструменты. Датчик точно отслеживал иглу и, предоставляя карту того, где она находилась, позволил ученым направить ее к целевой области (в данном случае — к фиктивному белому шару внутри капли). В реальном мире датчик может направлять биопсийные иглы, катетеры и другие инструменты к точной цели для проведения лечения, сбора образцов клеток или рассечения кусочка ткани, говорят авторы.

По словам команды, если датчик проглотить, он также сможет отслеживать изменения внутри организма в режиме реального времени, например, реагируют ли люди с желудочно-кишечными заболеваниями на лекарства или испытывают ли обострения.

Однако самым интересным аспектом, по словам Накацука, является способность датчика измерять давление, что однажды может позволить врачам обнаруживать изменения артериального давления в кровеносных сосудах, что потенциально обеспечит более непрерывный способ мониторинга артериального давления, говорит она.

Расстояние, на котором детекторные катушки могут находиться от датчика, также является большим достижением, говорит Каллеха Гомес. Исследователи смогли обнаружить сигнал на расстоянии до 25 сантиметров, улучшив предыдущие беспроводные технологии, которые могли находиться на расстоянии всего до 5 сантиметров, отмечает она. По словам авторов, увеличение этого расстояния может, например, облегчить пациентам отслеживание своего кровяного давления дома.

Устройство также относительно дешевое — от 1 до 100 долларов, в зависимости от того, как долго ему нужно оставаться в организме — и насколько легко его изготовить, говорят авторы. «Я могу сделать это на кухонном столе», — говорит соавтор исследования Бернхард Гляйх, физик из Philips. Помимо магнитов, говорит он: «Вам просто понадобится немного пластиковой трубки, немного веревки и немного клея, и вы соберете все вместе».

Тем не менее, по оценкам Гляйха, может пройти от 5 до 8 лет, прежде чем устройство будет использовано на людях для самых простых задач. Еще предстоит много работы, чтобы датчики не только работали правильно, но и не причиняли вреда людям.