HYDROGEL

Pionierarbeit bei gewebeintegrierenden Biosensoren zur kontinuierlichen Überwachung der Körperchemie.

Durchbrechen der Biokompatibilitätsbarriere

Ein einzigartiger biotechnologischer Ansatz überwindet die größte Hürde beim langfristigen Einsatz von Biosensoren im Körper: die Fremdkörperreaktion .


Jeder winzige Biosensor misst etwa 5000 Mikrometer in der Länge und hat einen Durchmesser von 500 Mikrometern. Er ist eine weiche , flexible Faser, die so konzipiert ist, dass sie für eine kontinuierliche Überwachung biologisch mit dem Körpergewebe kompatibel ist und gleichzeitig die Auswirkungen lokaler Entzündungen oder Abstoßungen überwindet.

(Hinweis: Der Finger wird zum Größenvergleich angezeigt.)



Gewebeintegrierendes Scaffold

Der Biosensor liefert medizinische Daten und besteht aus einem porösen „intelligenten Gel“, das die 3D-Mikroumgebung von Zellen nachahmt. Das intelligente Gel ist mit einem lichtemittierenden Molekül verbunden, das in Gegenwart einer oder mehrerer Körperchemikalien wie Sauerstoff, Glukose, Laktat oder anderer Biomarker ein Fluoreszenzsignal aussendet.



Optisches Lesegerät

Auf die Hautoberfläche geklebt oder von Hand gehalten, wird ein separates optisches Lesegerät verwendet, um das Fluoreszenzsignal vom eingebetteten Biosensor zu lesen. Das Lesegerät sendet Anregungslicht durch die Haut zum Biosensor, der dann proportional zur Menge der gemessenen Biochemikalie Fluoreszenzlicht aussendet.



Anpassbarer Formfaktor für Verbraucher- und medizinische Anwendungen

Die Technologieplattform ermöglicht die Entwicklung von Biosensorsystemen mit einer Vielzahl von Formfaktoren für Verbraucher- und medizinische Anwendungen zur kontinuierlichen Überwachung von Körperchemikalien.


Die Ergebnisse des optischen Lesegeräts sind so konzipiert, dass sie an eine Smartphone-Anwendung übertragen werden können, die es dem Benutzer ermöglicht, umsetzbare Entscheidungen zu treffen, von der Verbesserung seiner allgemeinen Gesundheit und seines Wohlbefindens über die Steigerung seiner Sportlichkeit bis hin zur Behandlung einer chronischen Krankheit wie Diabetes oder COPD.


Daten können sicher über HIPAA-konforme digitale Netzwerke mit Gesundheitsdienstleistern und Analysten des öffentlichen Gesundheitswesens geteilt werden, die Längsschnittstudien durchführen.


Luciferase


Bei Luciferase handelt es sich um ein "Nahinfrarot-Biolumineszenz-Enzym", das die Quantum-Dot-Impfung über eine spezielle App für Mobilgeräte das z.B. den digitalen Lichtcode, Abdruck oder Muster lesbar macht. Es befindet sich unter der Haut und man kann es nicht sehen.


Bill Gates neues implantierbares Impfstoff- Identifikationsssystem, das Human Implantable Quantum Dot Microneedle Vaccination Delivery System, ist ein Beweis dafür. Quantum Dots werden auch aus Graphen hergestellt, genauso wie das von DARPA erfundene Hydrogel von Profusa.



Injizierbare Körpersensoren bringen die persönliche Chemie auf ein Handy näher an die Realität

Bisher haben lokale Entzündungen und Narbengewebe durch die sogenannte „Fremdkörperreaktion“ die Entwicklung von Körpersensoren verhindert, die eine kontinuierliche und langfristige Überwachung der Körperchemie ermöglichen. Aber heute präsentieren Wissenschaftler Ergebnisse, die zeigen, dass winzige Biosensoren, die eins mit dem Körper werden, diese Barriere überwunden haben und Daten für den persönlichen und medizinischen Gebrauch auf ein Mobiltelefon und in die Cloud streamen.


„Während Fitness-Tracker und andere Wearables Einblicke in unsere Herzfrequenz, Atmung und andere körperliche Messungen geben, liefern sie keine Informationen über den wichtigsten Aspekt unserer Gesundheit: die Chemie unseres Körpers“, erklärte Natalie Wisniewski, Ph.D. „Basierend auf unseren laufenden Studien hat die gewebeintegrierte Sensortechnologie das Potenzial, Wearables in die Lage zu versetzen, das Versprechen der personalisierten Medizin zu erfüllen und das Gesundheitsmanagement in Bezug auf Wellness und Krankheit zu revolutionieren.“ Dr. Wisniewski, der das Team der Biosensor-Entwickler leitet, ist Chief Technology Officer und Mitbegründer von Profusa Inc., einem Life-Science-Unternehmen mit Sitz in der San Francisco Bay Area.


Die Forscher stellen ihre Ergebnisse heute auf dem 255. National Meeting & Exposition der American Chemical Society (ACS) vor. ACS, die weltweit größte wissenschaftliche Gesellschaft, hält das Treffen hier bis Donnerstag ab. Es bietet mehr als 13.000 Präsentationen zu einer Vielzahl von Wissenschaftsthemen.



Das Team von Profusa entwickelt eine Familie winziger Biosensoren, die aus einem gewebeähnlichen Hydrogel bestehen, ähnlich einer weichen Kontaktlinse, die mit einer einzigen Injektion schmerzfrei unter die Haut platziert werden. Anstatt vom Körper isoliert zu sein, arbeiten die Biosensoren vollständig in das Gewebe des Körpers integriert – ohne Metallgeräte oder Elektronik, wodurch die Versuche des Körpers, sie abzuwehren, überwunden werden. Bis heute haben die injizierten Biosensoren vier Jahre lang funktioniert.


Jeder Biosensor ist kleiner als ein Reiskorn und besteht aus einer flexiblen Faser von etwa 5000 Mikrometer Länge und einem 500 Mikrometer Breite, die aus einem porösen Gerüst besteht, das das Einwachsen von Kapillaren und Zellen aus dem umgebenden Gewebe induziert. Das Hydrogel ist mit lichtemittierenden fluoreszierenden Molekülen verbunden, die proportional zur Konzentration einer Körperchemikalie wie Sauerstoff, Glukose oder anderen interessierenden Biomolekülen kontinuierlich Signale senden.


Die Forschung basiert auf Arbeiten, die von DARPA, dem Biological Technologies Office (BTO) und einem ARO-Stipendium [W911NF-16-1-0341] unterstützt werden. Die hierin enthaltenen Ansichten und Schlussfolgerungen sind die der Autoren und sollten nicht so interpretiert werden, dass sie notwendigerweise die offiziellen Richtlinien oder Billigungen, weder ausdrücklich noch stillschweigend, von DARPA, BTO, der ARO oder der US-Regierung darstellen. Die US-Regierung ist berechtigt, Nachdrucke für Regierungszwecke zu vervielfältigen und zu verteilen, ungeachtet etwaiger Urheberrechtsvermerke darauf.



@ Profusa / DARPA

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