Biosensoren verändern das Management von Nierenerkrankungen

Haben Sie sich jemals gefragt, ob es ein nicht-invasives, schnelles und praktisches System zur Überwachung der Nierenfunktion gibt? Sie ist klein und kompakt wie eine Smartwatch und kann 24 Stunden am Tag getragen werden. Gleichzeitig kann es mit dem Internet verbunden werden, sodass Sie die Nierenfunktion aus der Ferne verstehen und Big Data, maschinelles Lernen und andere Methoden verwenden können, um das Risiko einer zukünftigen Verschlechterung der Nierenfunktion vorherzusagen. Wenn Sie jemals geträumt haben, herzlichen Glückwunsch, Ihr Traum wird wahr!

 

 

 

 

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Am 6. November 2022 wurden bei der Preisverleihung der akademischen Konferenz 2022 Kidney Week (Kidney Week) der American Society of Nephrology (ASN) neue In-vivo- und In-vitro-Biosensorsysteme und ihre Anwendungen zur Veränderung des Managements von Nierenerkrankungen vorgestellt wurden vorgestellt.

1. Einführung neuer Biosensoren

In den letzten 15 Jahren hat die bahnbrechende Entwicklung der Grundlagenforschung es Menschen ermöglicht, körperliche Veränderungen in professionellen medizinischen Einrichtungen wie Krankenhäusern zu erkennen. Überwachungsmethoden wie Elektrokardiogramme und Gehirnwellen sind in der klinischen Praxis weit verbreitet.

 

Die derzeit in der klinischen Praxis verwendete Bioelektrizitätsdetektionsausrüstung wird jedoch direkt auf die Haut aufgetragen, und es ist schwierig, die inneren Zustände des Körpers genau zu detektieren.

 

Außerdem ist die derzeitige Detektionsausrüstung relativ sperrig und kann nicht herumgetragen werden.

 

Vor diesem Hintergrund integrierten Wissenschaftler aus den Vereinigten Staaten im Jahr 2019 durch die kontinuierlichen Bemühungen von Wissenschaftlern schließlich Elektrokardiogramm, Blutdruck, Blutsauerstoffüberwachung und andere Geräte in einen tragbaren neuen Biosensor von der Größe eines Daumens.

Welche Indikatoren kann dieser neue Biosensor überwachen?

Es kann angepasst werden, um die Körpertemperatur und das mikrobielle Potenzial (z. B. Elektrokardiogramm), Schweiß, Blutfluss, Blutdruck, Blutsauerstoff, Venenkartierung und Herzauskultation zu überwachen. Darüber hinaus gibt es speziell modifizierte Geräte zur Überwachung der Wundheilung.

Wissenschaftler glauben, dass diese neue Art von Biosensor bei Menschen mit eingeschränkter Mobilität oder fehlenden Sprachkenntnissen, wie beispielsweise Neugeborenen, angewendet werden kann. Der Biosensor des Babys kann das EKG und die Körperkerntemperatur des Babys überwachen, während der rote Punkt am Fuß ein optisches Überwachungsgerät ist, das den Blutsauerstoffgehalt überwachen kann.

Derzeit haben mehr als 20 Länder, einschließlich der Vereinigten Staaten, die Vermarktung dieses neuen Biosensortyps genehmigt (dieser Typ eines neuen Biosensortyps ist in China nicht gelistet). Solche Geräte haben mehr als 12.000 Patienten versorgt und mehr als 150.000 Stunden Daten gesammelt. Die obigen Daten deuten darauf hin, dass dieser neue Biosensor sicher und zuverlässig ist und breitere Anwendungsaussichten hat, beispielsweise für die Behandlung von Nierenerkrankungen.

2. Neue Biosensoren und Management von Nierenerkrankungen

Der neue Biosensor kann nicht nur an der Oberfläche des menschlichen Körpers angebracht werden, sondern auch in Gehirn und Herz implantiert werden, um den Blutfluss im Organ zu überwachen und die entsprechenden Biomarker anzupassen.

 

Obwohl die Schätzung der glomerulären Filtrationsrate (eGFR) bei der aktuellen Nephropathie-Untersuchungsmethode einfach und leicht ist, können die Testergebnisse falsch positiv oder falsch negativ sein, und die Genauigkeit ist in einigen Populationen gering.

Der "Goldstandard" der Untersuchung von Nierenerkrankungen: Die Nierenbiopsie ist eine invasive Methode, die nicht häufig erkannt werden kann und für die Überwachung von Nierenerkrankungen schwierig anzuwenden ist. Der neue Biosensor im Körper kann die Vorteile beider kombinieren, um den Nierenstatus nicht-invasiv, genau und langfristig zu überwachen. Beispielsweise kann durch die Implantation neuartiger Biosensoren unter der Kapsel einer transplantierten Niere der Zustand des Transplantats kontinuierlich verfolgt werden, beispielsweise die Temperatur und der Perfusionsstatus der transplantierten Niere.

 

Derzeit wird ein Prototyp eines Biosensors in der Niere zur Überwachung der Nierenfunktion in Tiermodellen verwendet.

Ein neuer Biosensor, der weich und nicht abstoßend ist, wird in die Niere von Mäusen implantiert, und sein Hauptzweck ist die Bewertung der Sicherheit und Wirksamkeit des Biosensors in vivo.

Die wichtigste Komponente des Geräts ist ein gekapselter Dünnfilm-Goldsensor (100-nm-Skala), der die Oberflächentemperatur der Mausniere überwachen kann. Die Studie ergab, dass der Nierendurchblutungszustand besser ist, wenn die Oberflächentemperatur der Mausniere höher ist; wenn die Oberflächentemperatur der Mäuseniere niedriger ist, ist der Zustand der Nierendurchblutung schlecht.

 

Auch der menschliche Körper hat ähnliche Gesetze. Der neue Biosensor im Körper kann die oben genannten Daten über WLAN oder Bluetooth an den Computer übertragen, um den Zustand der Nieren besser zu verstehen. Noch wichtiger ist, dass in Zukunft Verfahren entwickelt werden könnten, um das Risiko einer renalen Hypoperfusion abzuschätzen, um das Risiko einer akuten Nierenschädigung bei Empfängern von Nierentransplantaten oder Patienten mit chronischer Nierenerkrankung zu vermeiden.

Erwähnenswert ist, dass eine präklinische Studie an einem Schweinemodell-Nierenmonitor vorbereitet wurde und relevante Ergebnisse voraussichtlich in den nächsten ein oder zwei Jahren veröffentlicht werden.

 

Schweißwerte einiger Biomarker korrelieren mit Blutwerten. Neue Biomonitore (sogenannte mikrofluidische Geräte) können sich auch an der menschlichen Haut anbringen und den Schweiß überwachen, um auf Laktose-, Chlorid-, pH- und Glukosewerte im Blut zu schließen.

 

Solche Geräte sind in der klinischen und Sportmedizin bereits weit verbreitet. Wohingegen Kreatinin, Harnstoff und pH im Schweiß mit Kreatinin, Harnstoff und pH im Plasma oder Blut korrelieren können. Daher entwickelte ein Team einen Prototyp eines mikrofluidischen Geräts, das Kreatinin, Harnstoff und den pH-Wert im Schweiß überwacht. Der Prototyp kann nicht-invasiv, in Echtzeit und tragbar die Kreatinin-, Harnstoff- und pH-Werte im menschlichen Schweiß überwachen, um die Kreatinin-, Harnstoff- und pH-Werte im menschlichen Blut abzuschätzen. Wenn durch die neuen In-vivo- und In-vitro-Biomonitore genügend klinische Daten gesammelt werden, kann maschinelles Lernen verwendet werden, um das Risiko einer Abnahme der Nierenfunktion bei Patienten zu verstehen, und die Verschreibung kann auf der Grundlage dieser Daten rechtzeitig angepasst werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die neuen Biosensoren bestimmte Ergebnisse in der präklinischen und klinischen Forschung erzielt haben und in einigen Ländern eingeführt wurden.

 

In Kürze wird eine 7×24-Stunden-Überwachung und -Behandlung der Nieren von Patienten möglich sein, was das Risiko einer akuten Nierenschädigung bei einigen Patienten mit chronischer Nierenerkrankung und Empfängern von Nierentransplantationen verringern und dazu beitragen wird, die endgültige Prognose der Patienten zu verbessern.

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für weitere Informationen:ali.ma@wecistanche.com