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Entwicklung von implantierbaren Biosensoren

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Der Biosensor von Profusa fluoresziert durch die Haut und kommuniziert mit einem Handheld oder einem auf der Haut montierten Lesegerät.

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Die Wearables-Revolution im Gesundheitswesen ist in vollem Gange, und die Patienten profitieren bereits von tragbaren Therapien und Monitoren, die ihr Leben verbessern. Aber es gibt noch viele Herausforderungen, insbesondere bei implantierbaren Wearables. Solche Geräte müssen nicht nur biokompatibel sein, sondern sie müssen auch in der Lage sein, im unwillkommenen menschlichen Körper beständig und zuverlässig zu funktionieren. Es muss auch ein starker klinischer Bedarf und Business Case bestehen, der sowohl Ärzte als auch Patienten zu einem implantierbaren Produkt ermutigt.

Profusa hat einen Weg gefunden, solche Komplexitäten mit einem ziemlich einfachen Biosensor zu adressieren, der unter die Haut gespritzt werden kann. Der erste Einsatz erfolgte in der CE-gekennzeichneten Lumee-Sauerstoffplattform (siehe untenstehende Grafik und dieses Video), in der implantierte Biosensoren gelösten Sauerstoff im Gewebe der unteren Extremitäten von Patienten, die sich einer Behandlung wegen chronischer Gliedmaßenischämie unterziehen, erkennen. "Wir haben eine Möglichkeit entwickelt, Patienten zu Hause zu überwachen, um Amputationen hoffentlich zu verhindern, wenn man die Symptome frühzeitig erkennen kann", sagte Ben Hwang, Vorsitzender und CEO von Profusa Inc. gegenüber MD+DI. Er sprach kürzlich in der BIOMEDevice San Jose Podiumsdiskussion "Wie Sensoren die Wearables-Revolution unterstützen" am 4. Dezember.

Weitere mögliche Anwendungen für das Sauerstoffsensor-Implantat sind die Gewebeüberwachung von Verbrennungsopfern und chirurgischen Patienten. Das Unternehmen entwickelt auch Biosensoren, die Glukose, Laktat, Kohlendioxid und andere Moleküle überwachen könnten.

Profusas Biosensor besteht aus einem einzelnen Transducer, der durch die Haut fluoresziert und mit einem tragbaren oder auf der Haut montierten Lesegerät kommuniziert. Der implantierte Biosensor ist in der Lage, eine der größten Herausforderungen für Implantate zu bewältigen - die natürlichen Abwehrkräfte des menschlichen Körpers. "Der Körper hat die Fähigkeit zu erkennen, was nicht dazugehört", sagte Hwang nach der Podiumsdiskussion zu MD+DI. "Das Immunsystem setzt ein, Makrophagen versuchen es zu fressen, und wenn das nicht funktioniert, wendet der Körper es mit Narbengewebe ab. Das Sendesignal eines implantierten Sensors nimmt also mit der Zeit ab. Der Sensor selbst ist in Ordnung, aber am Ende misst er nur Narbengewebe."

Hwang sagte, dass Profusa in der Lage ist, diese Fremdkörperreaktion zu dämpfen, weil sie weich und geschmeidig ist und aus der gleichen Materialklasse wie eine Kontaktlinse besteht. "Außerdem ist es porös wie ein Schwamm, mit wohldefinierten Löchern, so dass die Zellen es nicht wirklich 'sehen' und am Ende das Gerüst ausfüllen", sagte er. "Die längste Aufzeichnung für ein implantiertes Profusa-Gerät beträgt 4,5 Jahre."

Das implantierbare Gerät benötigt auch keine Bordstromversorgung, um mit dem Handlesegerät zu kommunizieren. "Wir haben Bindungstaschen für Moleküle auf dem Sensor entworfen, die jeweils ein Ergebnis fluoreszieren", erklärt Hwang. Die Stärke der Fluoreszenz, die sich aus der Summe aller taschenbindenden Moleküle ergibt, kann dann vom Handsensor berechnet werden, um die Konzentration eines bestimmten Biochemikals im umliegenden Gewebe darzustellen.

Der Sensor könnte durch Multiplexing möglicherweise mehrere Biochemikalien gleichzeitig messen, sagte Hwang.

Hwang nennt die Lösung "preiswert" und fügt hinzu, dass das "Lesegerät eine langlebige Komponente ist, deren Preis ähnlich dem anderer langlebiger Konsumgüter ist. Finanzielle Belastungen werden bei unseren Produkten nie ein Thema sein."

Wearables für Patienten seien in der Regel kostengünstigere Artikel für das Gesundheitswesen, aber um dem Gesundheitssystem einen echten Wert zu bieten, müssten sie in der Lage sein, ein großes Gesundheitsproblem zu lösen, anstatt nur ein Spielzeug für den Verbraucher zu sein. "Wir glauben, dass wir ein klinisch validiertes Produkt haben, das wir zu geringeren Kosten ins Haus bringen können", sagte er. "Wir konzentrieren uns auch darauf, klinisch relevante Informationen zu liefern, die den Ärzten wichtig sind."

Zusätzlich zu den oben genannten Endanwendungen könnte der Biosensor von Profusa auch zur Messung der Sauerstoffsättigung im Gewebe von COPD- und Schlafapnoe-Patienten eingesetzt werden, so Hwang. "Profusa könnte objektive Messungen liefern, statt Patienten-Feedback, weil Patienten sich oft daran gewöhnen, sich schlecht zu fühlen", sagte er.

Profusa hatte ein DARPA-Stipendium für die Entwicklung des Biosensors erhalten.