Ale żeby nie uciekło Ci o czym mowa, musisz koniecznie przeczytać przynajmniej poprzedni artykuł, w którym tłumaczyłem jak tatuaże medyczne mają w zamyśle działać:
Mikroigły w służbie zdrowia (część 3)
Z kolei w jeszcze wcześniejszych omawiałem przykłady konkretnych projektów:
Wyolbrzymione pomysły czy realna szansa? (część 1)
Monachium kontra diagnostyka (część 2)
Na grafice powyżej widzisz częściowo rozrysowaną specyfikację kolorymetrycznych biosensorów tatuażowych w formie zaprezentowanej przez zespół naukowców z Chin.
- Część A: schemat pokazujący nieco danych technicznych “plastrów” mikroigłowych
- Część B: morfologia powierzchni i wymiarów “plastrów” mikroigłowych
- Część C: wzory biosensorów tatuażowych stworzonych przy użyciu “plastrów” mikroigłowych na skórze (dolne zdjęcia) oraz zaprojektowane wzory (górne zdjęcia)
- Część D: Zdjęcia (góra) oraz skrawki H&E (dół) skóry królika przed (lewa strona) i po (prawa strona) na przestrzeni 0-30 dni
Tatuaże medyczne a ich wykonanie – czy to ma sens?
Jeśli lekturę co najmniej trzeciej części mojej mini-serii masz za sobą, możemy spokojnie przejść dalej. Dzisiaj pora na rozszerzenie tego, o czym pisałem ostatnio – czyli ponownie bierzemy na tapet tatuaże medyczne w formie plastra.
Zacznijmy od najważniejszego aspektu pracy z Xi’an Jiaotong University pod kierownictwem R. He i F. Xu, porównując ją z pozostałymi pomysłami.
Zarówno projekt Dermal Abyss jak i zespół dr Yetisena chcą wykorzystać specjalnie przygotowane tusze i umieścić je w skórze metodą “tradycyjną”, czyli po prostu tatuowaniem. Z kolei tatuaże medyczne badaczy z Chin mają za zadanie nie tyle zrewolucjonizować i tak rewolucyjny koncept, co ułatwić jego aplikację.
Wprowadzanie pigmentu drogą dotychczasowo powszechną wymaga dużej precyzyjności: należy to zrobić na głębokości od 1,5 do 2 milimetrów. Nie jest na ten moment jeszcze jasne, czy będzie to w przyszłości niezbędne dla prawidłowego funkcjonowania tuszy, bo jednak tatuaże medyczne mają działać na podstawie reakcji z ciałem “pacjenta”. Ale ciężko też zakładać inną opcję – z jakiegoś powodu w badaniach z TUM oraz MIT tak zaznaczono.
Jeśli myślisz, że przecież to nie jest aż taki problem, to powtórzę poniekąd to, co napisałem w poprzednim artykule: tatuowanie, tym bardziej precyzyjne, wymaga jednak umiejętności. Dodatkowo potrzebny jest sprzęt, dostęp do energii (choćby w celu naładowania baterii), całkiem spora higiena zabiegu i jednorazowe materiały jak cartridge lub single-needle.
A skoro tatuaże medyczne mają w zamyśle spowodować znaczne upowszechnienie choćby podstawowej diagnostyki, to im mniej ograniczeń, tym lepiej. Dlatego właśnie projekt z z Xi’an Jiaotong University może wnieść tak wiele dobrego do całego zagadnienia: bo po prostu go mocno upraszcza.
Tatuaże medyczne w formie elastycznego plastra
Tatuaże medyczne zaproponowane przez Chińczyków z Shaanxi mają budowę cienkiego, elastycznego plastra “nasączonego” odpowiednim pigmentem ułożonym w zaprojektowane wzory. Tusz mają wprowadzać do skóry przy pomocy niezwykle cienkich i ostrych igiełek, znacznie mniejszych i inaczej rozłożonych, niż w przypadku zwykłego kartridża do tatuowania.
Mikroigły mają długość poniżej 1000 µm (mikrometrów), a najczęściej między 500 a 900 µm. Takie wymiary pozwalają na przebicie zrogowaciałej warstwy rogowej naskórka (stratum corneum) i dotarcie do uwodnionej warstwy żywej naskórka oraz górnych obszarów skóry właściwej – a to właśnie na tym “poziomie” tatuaż może reagować z naszym organizmem w efektywny sposób (i “odczytać” wartości, i pokazać nam status danego odczynnika).
Ale długość mikroigieł ma jeszcze jedną, ogromną zaletę: są one za krótkie, by efektywnie wejść w kontakt z nocyceptorami, czyli po prostu receptorami bólowymi, a także dotrzeć do dużych naczyń krwionośnych. A więc, nieco uogólniając, można powiedzieć, że aplikacja takiego plastra jest szybka, bezkrwawa i bezbolesna.
Z kolei same właściwości “nośnika” są równie interesujące. Tatuaże medyczne w formie plastra mikroigłowego mają w założeniu naukowców z Xi’an Jiaotong University składać się praktycznie w całości z biodegradowalnych i rozpuszczalnych polimerów, które będą tworzyć “szkielet” czy “matrycę”, a więc strukturę nośną dla igieł.
W badaniach skoncentrowano się głównie na kilku: alkoholu poliwinylowym (PVA), poliwinylopirolidonie (PVP), karboksymetylocelulozie (CMC) oraz kwasie hialuronowym (HA). Mądrze brzmi, ale dużo nie mówi, więc warto rozpisać proces na kroki:
Masz plaster w ręce. Dociskasz go do powierzchni skóry – sam dopasowuje się do krzywizny ciała, bo właśnie na tym ma polegać jego uniwersalność. A więc dowolne zakrzywienia ciała nie są żadną przeszkodą.
W tym momencie, mikroigły bezboleśnie przechodzą barierę naskórka, dzięki czemu od razu wchodzą w kontakt z płynem śródmiąższowym (ISF, który jest odpowiedzialny za transport substancji odżywczych i tlenu do komórek oraz odbiór produktów przemiany materii). Przez właściwości tego środowiska, cały plaster zaczyna się natychmiast degradować, bo rozpuszczalna matryca polimerowa HA/PVA się uwadnia.
Mija zaledwie parę minut, a polimery już ulegają prawie całkowitemu rozpuszczeniu. W tym samym czasie, nanocząsteczki indykatorów chemicznych czy enzymów (prościej mówiąc: specjalnego pigmentu) uwalniane są bezpośrednio do przestrzeni zewnątrzkomórkowej skóry właściwej (dermis).
Co działo się dalej? Zależnie od przeprowadzonych testów, efekty aplikacji utrzymywały się w skórze od 4 dni do nawet ponad roku (miało to związek z daną formułą). Tak powstałe tatuaże medyczne są rozkładane przez ciało na podstawie tych samych procesów, co i zwykły tatuaż – następuje fagocytoza, czyli atak komórek żernych, obrońców ciała.
Tatuaże medyczne w tej odsłonie to nie ostatnie słowo nauki
I właśnie to może być prawdziwym przełomem, bo użycie plastra z mikroigłami radykalnie zmienia profil inwazyjności zabiegu, a więc i jego potencjał zastosowania.
Muszę jednak ponownie zaznaczyć jedną rzecz: podobnych badań toczy się wiele. Dla przykładu, o którym powiem więcej w przyszłości w kolejnych odsłonach mojej mini-serii, praca opublikowana w iScience w 2022 roku skupiała się na nieco odmiennych tatuażach mikroigłowych.
O ile zespół He i Xu rozwija pomysł na dynamiczne, odwracalne sensory biochemiczne, o tyle badania Song Li i Marka R. Prausnitza poszły w kierunku trwałych wzorów kodujących informacje medyczne (choćby poprzez fluorescencję, kody QR czy alerty cukrzycowe).
Tylko te dwa przykłady pokazują jak różnorodne zastosowania niesie ze sobą opracowanie solidnej, sprawdzalnej metody aplikacji. A takich przykładów zaczyna się mnożyć. I wcale nie powinno to wykraczać poza wyobraźnię przeciętnego Kowalskiego, że takie rozwiązania nie tylko nie są konkurencją. One mogą być dla siebie jak najbardziej komplementarne.
A że nie zacytuję w inny sposób słów ojca z pasty o starym-wędkarzu, powiem tylko: i bardzo mnie to cieszy.
Zapraszam też do poprzednich artykułów:
- Wyolbrzymione pomysły czy realna szansa? (część 1)
- Monachium kontra diagnostyka (część 2)
- Mikroigły w służbie zdrowia (część 3)
Źródła:
- R. He, H. Liu, T. Fang, Y. Niu, H. Zhang, F. Han, B. Gao, F. Li, F. Xu: “A Colorimetric Dermal Tattoo Biosensor Fabricated by Microneedle Patch for Multiplexed Detection of Health-Related Biomarkers”, Advanced Science vol. 8 issue 24, 2021-12-22, 2103030, DOI: https://doi.org/10.1002/advs.202103030
- S. Li, Y. Kim, J.W. Lee, M.R. Prausnitz: “Microneedle patch tattoos”, iScience, 2022-09-14, DOI: 10.1016/j.isci.2022.105014
- S. Tian, J. Mei, L. Zhang, S. Wang, Y. Yuan, J. Li, H. Liu, W. Zhu, D. Xu: “Multifunctional Hydrogel Microneedle Patches Modulating Oxi-inflamm-aging for Diabetic Wound Healing”, Small vol. 20 issue 51, 2024-12-19, DOI: 10.1002/smll.202407340
- K. Vega, N. Jiang, X. Liu, V. Kan, N. Barry, P. Maes, A.K. Yetisen, J. Paradiso: “The Dermal Abyss: Color-Changing Tattoos for Medical Diagnostics”, GetMobile Mobile Computing and Communications, 22(2): s. 38-42, 2018-06, DOI: 10.1145/3276145.3276158
- A.K. Yetisen, R. Moreddu, S. Seifi, N. Jiang, K. Vega, X. Dong, J. Dong, H. Butt, M. Jakobi, M. Elsner, A.W. Koch: “Dermal Tattoo Biosensors for Colorimetric Metabolite Detection”, Angewandte Chemie International Edition (english), 2019-07-03, 58(31): s. 10506-10513, DOI: 10.1002/anie.201904416