يمكن لغشاء حساس إلكترونيًا يشبه الجلد قياس التغيرات في حجم الورم إلى مئة ملليمتر, إنه يمثل نهجًا جديدًا وأسرع وأكثر دقة لفحص أدوية السرطان.

ابتكر المهندسون في جامعة ستانفورد جهازًا صغيرًا مستقلًا مع جهاز استشعار قابل للتمدد ومرن على الجلد لقياس الحجم المتغير للأورام أدناه. الجهاز غير الغازي الذي يعمل بالبطارية حساس لمئة ملليمتر (10 مايكرومتر) ويمكنه إرسال النتائج إلى تطبيق الهاتف الذكي لاسلكيًا في الوقت الفعلي بضغطة زر.

من الناحية العملية، كما يقول الباحثون فإن أجهزتهم – التي يطلق عليها اسم FAST لـ «المستشعر الذاتي المرن لقياس الأورام» – تمثل طريقة جديدة تمامًا وسريعة وغير مكلفة وخالية من اليدين ودقيقة لاختبار فعالية أدوية السرطان. على نطاق أوسع، يمكن أن يؤدي إلى اتجاهات جديدة واعدة في علاج السرطان. تم تفصيل FAST في ورقة بحثية نُشرت في 16 سبتمبر في Science Advances.

يختبر الباحثون كل عام آلاف من أدوية السرطان المحتملة على الفئران المصابة بأورام تحت الجلد. قلة هم الذين يصلون إلى المرضى من البشر، وعملية العثور على علاجات جديدة بطيئة لأن تقنيات قياس تراجع الورم من العلاج الدوائي تستغرق أسابيع لقراءة الاستجابة. الاختلاف البيولوجي المتأصل للأورام وأوجه القصور في مناهج القياس الحالية وأحجام العينات الصغيرة نسبيًا تجعل فحوصات الأدوية صعبة وكثيفة العمل.

يقول أليكس أبرامسون، المؤلف الأول للدراسة وباحث ما بعد الدكتوراة أستاذ في الهندسة الكيميائية في كلية ستانفورد للهندسة

“إن استخدام الفرجار الشبيه بالكماشة المعدنية لقياس الأنسجة الرخوة ليس مثاليًا، ولا يمكن للمناهج الإشعاعية تقديم نوع البيانات المستمرة اللازمة للتقييم في الوقت الفعلي. يمكن لـ FAST اكتشاف التغيرات في حجم الورم على النطاق الزمني الدقيق، بينما تتطلب القياسات والإضاءة الحيوية غالبًا فترات مراقبة مدتها أسابيع لقراءة التغيرات في حجم الورم”

قوة الذهب

يتكون مستشعر FAST من بوليمر مرن وقابل للتمدد يشبه الجلد يتضمن طبقة مضمنة من الدوائر الذهبية. هذا المستشعر متصل بحقيبة ظهر إلكترونية صغيرة صممها باحثو ما بعد الدكتوراه السابقون والمؤلفون المشاركون ياسر خان و ناوجي ماتسوهيسا. يقيس الجهاز الضغط على الغشاء – كم يمتد أو يتقلص – وينقل تلك البيانات إلى الهاتف الذكي. باستخدام حقيبة الظهر FAST، يمكن استبعاد العلاجات المحتملة المرتبطة بانحدار حجم الورم بسرعة باعتبارها غير فعالة أو سريعة التتبع لمزيد من الدراسة.

بناءً على الدراسات التي أجريت على الفئران، يقول الباحثون إن الجهاز الجديد يقدم ثلاث تطورات مهمة على الأقل.

أولاً، يوفر المراقبة المستمرة حيث إن المستشعر متصل ماديًا بالفأر ويبقى في مكانه طوال الفترة التجريبية بأكملها.

ثانيًا، يكرس المستشعر المرن الورم وبالتالي فهو قادر على قياس تغيرات الشكل التي يصعب تمييزها بطرق أخرى.

 ثالثًا، FAST مستقل وغير جراحي. إنه متصل بالجلد – على عكس الضمادة اللاصقة – يتم تشغيل البطارية وتوصيلها لاسلكيًا.

الفأر حر في التحرك غير مثقل بالجهاز أو الأسلاك، ولا يحتاج العلماء إلى التعامل بنشاط مع الفئران بعد وضع جهاز الاستشعار. يمكن أيضًا إعادة استخدام العبوات السريعة وتكلف 60 دولارًا فقط أو نحو ذلك لتجميعها ويمكن توصيلها بالفأر في دقائق.

يتمثل الاختراق في المواد الإلكترونية المرنة لـ FAST. طبقة من الذهب تتغطى فوق البوليمر الشبيه بالجلد والتي عند تمددها تطور شقوقًا صغيرة تغير الموصلية الكهربائية للمادة. يزيد تمديد المادة عدد الشقوق مما يتسبب في زيادة المقاومة الإلكترونية في المستشعر. أيضًا عندما تنقبض المواد تعود الشقوق إلى التلامس وتتحسن الموصلية.

وصف كل من أبرامسون والمؤلف المشارك ماتسوهيسا، الأستاذ المشارك في جامعة طوكيو، كيف يمكن مساواة الانتشار والتغيرات الأسية في الموصلية رياضيًا بالتغيرات في البعد والحجم.

كانت إحدى العقبات التي كان على الباحثين التغلب عليها هي القلق من أن المستشعر نفسه قد يضر بالقياسات من خلال ممارسة ضغط غير مبرر على الورم والضغط عليه بشكل فعال. للتحايل على هذا الخطر قاموا بمطابقة الخصائص الميكانيكية للمادة المرنة مع الجلد نفسه بعناية لجعل المستشعر مرنًا ونعمًا مثل الجلد الحقيقي.

يقول أبرامسون: “إنه تصميم بسيط مخادع، لكن هذه المزايا المتأصلة يجب أن تكون مثيرة للاهتمام للغاية لمجتمعات الأدوية والأورام. يمكن لـ FAST تسريع وأتمتة وخفض تكلفة عملية فحص علاجات السرطان بشكل كبير”.

المصدر:

https://news.stanford.edu/2022/09/16/new-wearable-device-measures-changing-size-tumors-skin/

إعداد: شيماء النفيعي