Носимый сенсор измеряет объем опухоли при тестировании лекарств

Разработан новый тензометрический сенсор на основе растягиваемого полимера и золота. Сенсор закрепляется на лабораторном животном и выполняет регулярные автоматические измерения объема подкожных опухолей со стандартной ошибкой около 2%. Изобретение поможет повысить точность in vivo исследований эффективности лечения, а также автоматизировать их.

Изображение:

Сенсор FAST sensor

Credit:

Stanford University | Пресс-релиз

Из тысячи лекарств, проходивших клиническое тестирование, вероятно, лишь одно дойдет до применения на пациентах. Наиболее трудозатратный этап тестирования онкопрепаратов — in vivo на лабораторных животных — требует множественных измерений объема опухоли на большом количестве повторностей для каждой из подопытных групп. Ученые из Технологического института Джорджии и Стэнфордского университета разработали сенсор, который постоянно измеряет объем опухоли на живом животном в автоматическом режиме. Система получила название FAST — flexible autonomous sensors measuring tumor volume regression.

Новая разработка представляет собой тензометрический сенсор на основе стирол-этилен-бутилен-стирола (SEBS). На слой полимера нанесен слой золота толщиной 50 нм. Сенсор закрепляется в специальном рюкзачке, который надевают на мышь таким образом, чтобы мембрана сенсора лежала на опухоли. Рюкзачок оснащен источником питания, резистором известного сопротивления и специально разработанной печатной платой (PCB).

При растяжении мембраны сенсора в слое золотого покрытия образуются трещины, удлиняющие путь проходящих через него электронов и, как следствие, увеличивающие сопротивление. Оно растет экспоненциально — при изменении растяжения с 0 до 75% сопротивление повышается в два раза. На 100% цепь разрывается, однако свойства полимерной основы позволяют сенсору растягиваться до 200% без повреждений, так что электрическое соединение может быть восстановлено при возвращении значений растяжения в рабочие рамки. Изменения в сопротивлении преобразуются в значения длины окружности опухоли. Результаты отправляются в специальное приложение для телефона, через которое исследователь может их получить нажатием одной кнопки.

Инструментальная погрешность считывания изменений в сопротивлении составила 1–2% при измерении резисторов известного сопротивления. При измерении одной и той же опухоли in vivo прибор показал стандартную ошибку в 12% на измерение. Для компенсации этой ошибки ученые запрограммировали прибор на проведение 32 считываний на каждое измерение. Итоговая ошибка составила ~2%, что соотносится с инструментальной ошибкой сенсора. Чтобы снизить влияние выбросов, устройство использует медианное значение вместо среднего.

В настоящее время прибор способен проводить измерения с пятиминутными интервалами в течение более 24 часов на одной 150 мА/ч батарее. Разработчики считают, что оптимизация кода обеспечит ежечасные измерения на протяжении более 10 дней с тем же источником питания.

Для тестирования сенсора in vitro исследователи изготовили при помощи 3D печати модели опухолей различных размеров. В этих тестах сенсор показал способность измерения опухолей объемом от 65 до 750 мм3. Минимальное протестированное изменение диаметра составило 0,4 мм, однако это вызвано ограничениями в возможностях печати, а не сенсора. Ученые также разработали алгоритм для преобразования измерений длины окружности в объем опухоли.

Наконец, исследователи протестировали прибор in vivo на двух мышиных моделях рака — HCC827 и A20 B клеточной лимфоме. В обоих случаях прибор успешно регистрировал как рост опухоли, так и ремиссию после назначения лекарств. При этом ремиссия становилось заметной практически сразу после введения препаратов, в то время как традиционные методы, такие как штангенциркули, регистрировали изменения в объеме опухоли только спустя несколько дней.

По мнению авторов, данная разработка значительно ускорит in vivo тестирование, а также повысит его точность.

Источник

Alex Abramson, et al. A flexible electronic strain sensor for the real-time monitoring of tumor regression // Science Advances 8, eabn6550, published September 16, 2022. DOI: 10.1126/sciadv.abn6550

Добавить в избранное

Вам будет интересно