Φανταστείτε έναν χειρουργό στη μέση μιας πολύπλοκης επέμβασης που μπορεί να λαμβάνει στιγμιαία βιοχημικά δεδομένα — όχι από ένα εργαστήριο μακριά, αλλά από το ίδιο το νυστέρι που κρατά στα χέρια του. Αυτή η φουτουριστική ιδέα βρίσκεται πλέον ένα βήμα πιο κοντά στην πραγματικότητα χάρη στους ερευνητές του Πανεπιστημίου Χημείας και Τεχνολογίας της Πράγας (UCT Prague).
Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής τον καθηγητή Zdeněk Sofer, ανέπτυξε και επικύρωσε το πρωτοποριακό “Lab-on-a-Scalpel” — ένα νυστέρι με ενσωματωμένο διαγνωστικό αισθητήρα, που μπορεί να πραγματοποιεί άμεσες αναλύσεις κατά τη διάρκεια της χειρουργικής πράξης. Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Analytical Chemistry.
Μια επανάσταση στις χειρουργικές διαγνώσεις
Ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα στις χειρουργικές επεμβάσεις είναι η χρονική καθυστέρηση μεταξύ της λήψης δείγματος και της παραλαβής των εργαστηριακών αποτελεσμάτων. Κατά τη διάρκεια μιας επέμβασης, οι βιοχημικές παράμετροι του ασθενούς μπορεί να αλλάξουν γρήγορα. Ωστόσο, οι παραδοσιακές μέθοδοι ανάλυσης είναι πολύ αργές για να προσφέρουν στους γιατρούς πληροφορίες σε πραγματικό χρόνο, οι οποίες είναι απαραίτητες για άμεσες και ασφαλείς αποφάσεις.
Η ομάδα του Sofer ανέπτυξε έναν αποστειρωμένο, μικρού μεγέθους ηλεκτροχημικό αισθητήρα, ο οποίος ενσωματώνεται πλήρως στη λαβή ενός τυπικού ιατρικού νυστεριού. Ο αισθητήρας είναι 3D-εκτυπωμένος, γεγονός που καθιστά τη συσκευή φθηνή, αναλώσιμη και εύκολη στην παραγωγή.
Πώς λειτουργεί το “έξυπνο” νυστέρι
Η καινοτομία έγκειται στη σύνθεση του εκτυπωμένου υλικού. Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν ειδικό νήμα 3D εκτύπωσης από πολυγαλακτικό οξύ (PLA) — ένα βιοπλαστικό — εμπλουτισμένο με αγώγιμα νανοϋλικά άνθρακα. Αυτή η σύνθεση επιτρέπει στο νυστέρι να πραγματοποιεί ηλεκτροχημικές αναλύσεις με ακρίβεια και σταθερότητα, χωρίς την ανάγκη για εξωτερικό εξοπλισμό.
Για να επαληθεύσουν την αποτελεσματικότητα της συσκευής, οι ερευνητές δοκίμασαν το “Lab-on-a-Scalpel” στην ανίχνευση της επινεφρίνης (αδρεναλίνης) — μιας ορμόνης που παίζει κρίσιμο ρόλο στο στρες και στη ρύθμιση της καρδιακής λειτουργίας, ιδιαίτερα κατά τη διάρκεια επεμβάσεων.
Το αποτέλεσμα ήταν εντυπωσιακό: ο αισθητήρας εντόπισε συγκεντρώσεις αδρεναλίνης έως και 130 νανομόλαρ (nM), χρησιμοποιώντας μόλις 50 μικρολίτρα δείγματος. Πρόκειται για εξαιρετικά υψηλή ευαισθησία, ιδανική για περιπτώσεις όπου τα βιολογικά υγρά είναι περιορισμένα.
Χαμηλό κόστος, υψηλή ακρίβεια
Οι δοκιμές με τεχνητά δείγματα αίματος έδειξαν ακρίβεια μεταξύ 91% και 105%, επιβεβαιώνοντας την αξιοπιστία του αισθητήρα. Επιπλέον, κάθε μονάδα μπορεί να παραχθεί κατά παραγγελία με κόστος μόλις 0,40 ευρώ, καθιστώντας τη λύση πρακτική και οικονομικά βιώσιμη για χρήση σε αποστειρωμένα περιβάλλοντα.
«Κατά τη διάρκεια μιας κρίσιμης επέμβασης, η αναμονή για ένα εργαστηριακό αποτέλεσμα είναι πολυτέλεια που δεν μπορείς να έχεις», δήλωσε ο καθηγητής Sofer. «Στόχος μας ήταν να δημιουργήσουμε ένα πολυλειτουργικό εργαλείο που θα μειώνει τον αριθμό των οργάνων στο χειρουργείο και θα αυξάνει τον όγκο των διαθέσιμων πληροφοριών σε πραγματικό χρόνο».
Από το χειρουργείο στο “έξυπνο” νοσοκομείο του μέλλοντος
Το “Lab-on-a-Scalpel” δεν είναι απλώς ένα τεχνικό επίτευγμα — σηματοδοτεί μια νέα εποχή στην ιατρική διάγνωση στο σημείο φροντίδας (Point-of-Care diagnostics). Με τη δυνατότητα ανάλυσης απευθείας στον τόπο της επέμβασης, εξαλείφει την ανάγκη για αποστολή δειγμάτων σε εργαστήρια και παρέχει στους γιατρούς κρίσιμα δεδομένα μέσα σε δευτερόλεπτα.
Στο μέλλον, η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε να εξελιχθεί ώστε να μετρά μεταβολίτες, ιόντα, επίπεδα pH και άλλους βιοδείκτες απευθείας στον ιστό του ασθενούς. Αυτό θα μπορούσε να έχει τεράστια σημασία στην ογκολογική και επείγουσα χειρουργική, όπου κάθε δευτερόλεπτο μετράει.
Επιπλέον, η ενσωμάτωσή του με ρομποτικά συστήματα χειρουργικής θα επέτρεπε στους ρομποτικούς βραχίονες να προσαρμόζουν τις κινήσεις τους με βάση τις ζωντανές βιοχημικές ενδείξεις του ασθενούς, οδηγώντας σε μια νέα εποχή “έξυπνων” χειρουργείων.
Απόδειξη ότι η τεχνολογία μπορεί να είναι προσιτή
Αν και πρόκειται ακόμα για απόδειξη ιδέας (proof of concept), η μελέτη αποδεικνύει ότι προηγμένα, λειτουργικά διαγνωστικά εργαλεία μπορούν να δημιουργηθούν με προσιτές τεχνολογίες που υπάρχουν ήδη σε πολλά εργαστήρια παγκοσμίως.
Η ανάπτυξη του “Lab-on-a-Scalpel” ανοίγει τον δρόμο για μια νέα γενιά έξυπνων ιατρικών εργαλείων, που θα μπορούσαν στο μέλλον να κάνουν τη χειρουργική πιο ασφαλή, γρήγορη και ακριβή από ποτέ. «Η σύγκλιση 3D εκτύπωσης, νανοτεχνολογίας και ιατρικής διάγνωσης φέρνει μια πραγματική επανάσταση», καταλήγει ο καθηγητής Sofer. «Το νυστέρι του μέλλοντος δεν θα κόβει απλώς — θα διαγιγνώσκει».
Βρείτε μας στο Google News. Πατήστε εδώ!