用于慢性肾病监测的可穿戴传感器
2024-08-17 16:18:27 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
在可穿戴慢性肾病监测的设想中，集成到腕带或贴片中的化学传感器将通过汗液或间质液（ISF）同时选择性地测量一系列慢性肾病生物标志物。
可穿戴传感器已取得显著的进步，使个性化医疗和实时疾病管理成为可能。然而，由于缺乏能够检测小生物分子的成熟技术，目前的数字医疗仅限于某些疾病，例如糖尿病。尽管慢性肾病（CKD）的早期检测在预防危及生命的终末期肾病方面具有重要意义，但用于慢性肾病监测的可穿戴传感器的开发仍处于早期阶段。
据麦姆斯咨询报道，近日，韩国仁川国立大学（Incheon National University）的研究人员提出了一种用于无创、连续慢性肾病监测的可穿戴数字医疗概念，讨论了最佳的生物流体、生物标志物和生物受体，以创建一个可穿戴的慢性肾病传感平台，并洞察该技术面临的潜在挑战和机遇。相关研究成果以“Wearable sensors for monitoring chronic kidney disease”为题发表在Communications Materials期刊上。
在可穿戴慢性肾病监测的设想中，集成到腕带或贴片中的化学传感器将通过汗液或间质液（ISF）同时选择性地测量一系列慢性肾病生物标志物（例如肌酐、尿素和胱抑素C）。具体来说，附着在皮肤上的传感器将持续监测生物标志物的浓度，检测结果与基线水平的偏差可以作为“指纹”进行识别，从而实现慢性肾病的自主和早期诊断以及有效管理。
用于慢性肾病监测的可穿戴数字医疗概念
众所周知，间质液和汗液是连续监测生物标志物的便捷平台，但也有其自身的挑战，例如，难以获得间质液和连续收集汗液。尽管存在这些挑战，但是，间质液和汗液似乎是最佳选择，因为它们可以通过微针或连续的化学刺激在身体的方便位置使用可穿戴贴片。
估算肾小球滤过率（eGFR）（基于肌酐水平）、血尿素氮（BUN）和尿白蛋白与肌酐比值（UACR）通常被用作临床慢性肾病诊断的生物标志物。胱抑素C已被确定为eGFR的内源性生物标志物，因为其浓度不依赖于包括肌肉质量在内的其它因素。对于可穿戴胱抑素C传感器的开发，考虑到其相对丰度，间质液将是作为目标生物流体的最佳选择。鉴于血液中的生物标志物浓度在汗液和间质液中往往会降低，因此需要确认可穿戴设备生物流体中的分析物水平与血液水平之间存在良好的相关性，然后提取每个生物标志物的转换因子。这将为可用于慢性肾病监测的可穿戴传感器推向临床市场提供机会。
由于肌酐生物传感在慢性肾病监测中得到了最广泛的研究，因此研究人员概述了当前最先进的传感技术，重点介绍肌酐传感器。肌酐分子可以直接检测，而无需化学转化。这种传感方法基于抗体或分子印迹聚合物（MIP）的亲合力检测。直接检测肌酐的另一项关键技术是利用铜-肌酐相互作用。两种技术的结合（即MIP和铜-肌酐相互作用）也可通过使用涂有CuO纳米颗粒（NP）的MIP进行。
慢性肾病监测的候选生物受体
关于用于检测慢性肾病生物标志物的可穿戴传感器，已经有两篇关注量很高的论文。其中之一是与微流体系统集成的比色可穿戴贴片，可以同时测量肌酐和尿素以及出汗率。虽然这项工作提供了一个概念证明，即可以通过汗液无创监测慢性肾病生物标志物，但这种可穿戴贴片不能提供连续监测，因为需要某些活动来收集汗液。另一种是用于即时检测的基于间质液的胱抑素C传感器，其通过微针贴片收集间质液，然后通过胱抑素C免疫测定进行慢性肾病诊断。通过将某些生物受体（选择性地与胱抑素C反应）涂覆在微针上，然后将其插入真皮中以连续接触间质液，可以实现胱抑素C的连续监测，就像雅培Freestyle Libre传感器这样的连续血糖监测（CGM）系统一样。
最先进的可穿戴生物传感器技术
总而言之，用于肾脏健康监测的可穿戴生物电子技术的进步将对医疗和产业界产生重大影响。例如，这一突破为患有慢性肾病或易患肾衰竭的个人提供个性化、预测性和最终预防性的医疗保健具有巨大潜力。此外，这种可穿戴平台可以最大限度地减少对活检等侵入性手术的需求，并通过及时干预来改善治疗结果。这不仅可以改善患者的整体健康状况，还可以减少对急性治疗和住院的需求，从而减轻医疗系统的负担。
为了将可穿戴技术市场化，低成本制造可穿戴传感器至关重要。它们可以通过可扩展的增材制造技术（例如，喷墨/丝网印刷或卷对卷印刷）和激光雕刻技术以低成本制造。此外，由于汗液和间质液在临床环境中很少使用，因此在分析可穿戴传感器的患者数据时，没有现成的数据库可供参考。因此，在临床使用可穿戴传感器之前，必须先收集这样的数据库。此外，为了实现慢性肾病的预防保健，医生、医疗保健提供者和生物电子学和大数据/机器学习专家之间需要进行跨学科合作。最后，在开发平台的同时，必须考虑伦理和数据隐私问题，这将有助于完善数字医疗的法律环境。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s43246-024-00606-0
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