生醫材料 · global
把代謝警訊留在器官旁:可吸收感測器在動物體內追蹤乳酸逾10天
柔性植入物可直接讀取心臟、腦與肌肉周邊的乳酸變化,並在敗血性休克模型中早於血壓下降發出訊號;但證據仍限於動物,體外電子設備與穿皮導線也尚未消失。
重症患者的病情可能在兩次抽血之間急轉直下。乳酸能反映組織供氧、細胞需求與粒線體功能,卻通常只能透過間歇性血液檢查掌握;更早出現在單一器官周邊的代謝異常,因而可能被全身性數值掩蓋。研究團隊如今在動物體內展示一種可逐步吸收的柔性感測器,嘗試把乳酸監測移到病灶近旁,連續守住這段空白。
這套裝置以可黏附濕潤組織的水凝膠為基底,搭配鉬/氧化鉬電極及乳酸去氫酶。乳酸經酵素反應產生質子後,質子嵌入氧化鉬並轉化為可讀取的電流訊號。感測範圍為0至30毫莫耳濃度,偵測下限0.1毫莫耳;在0至8毫莫耳區間,研究人員測得每毫莫耳0.78微安培的靈敏度。
研究涵蓋豬、兔與大鼠,將感測器放在腦、心臟或肢體組織,觀察全身與局部缺氧、腦部與心肌缺血、癲癇發作及敗血性休克期間的乳酸波動。長期實驗顯示,裝置在體內可運作超過10天;訊號則由穿過皮膚的導線連接外部電路,再以藍牙傳送紀錄。
最具臨床想像空間的結果來自兔子的敗血性休克模型。心包腔乳酸上升早於平均動脈壓明顯下跌;研究人員依乳酸較基準升高逾25%的訊號提早輸液,動物在實驗觀察期間的血流動力狀態優於等到血壓下降才處置的組別。不過,每項比較僅有少量動物,休克由脂多醣人工誘發,不能據此認定這套策略已能改善人類敗血症結局。
「可吸收」解決的是感測器本體日後可能需要取出的問題,而不是整套系統都會在體內消失。大鼠試驗中,水凝膠於16週內降解,鉬/氧化鉬電極則在32週追蹤期內逐步縮小;受測組織未見明顯發炎或鉬累積。另在攝氏55度緩衝液進行的加速測試中,裝置於170天內完全分解,但這項體外結果不能直接換算成人體內的降解速度與長期安全性。
真正走向加護病房之前,研究團隊仍須證明不同病人、器官位置與複雜病程不會讓讀值失準,並處理校正、滅菌、植入手術及穿皮導線的感染風險。外部電池與讀取電路目前也不可吸收,仍需移除或另行設計。這項研究因此更像是一份完整的動物概念驗證:它顯示深層組織的代謝警訊可以被連續捕捉,至於能否比抽血更早、更可靠地改變臨床決策,仍有待人體研究回答。