Микрочипы – будущее медицины

В течение нескольких десятилетий микрочипы полностью трансформировали бытовую электронику, обеспечив появление огромного количества устройств, начиная от электронных часов и карманных калькуляторов и заканчивая портативными компьютерами и цифровыми музыкальными плеерами.

Специалисты лаборатории технологии микросистем Массачусетского технологического института, работающие под руководством заведующего лабораторией Ананта Чандракасана (Anantha Chandrakasan), утверждают, что следующим поколением продуктов этой электронной революции станут биомедицинские устройства. В частности, исследователи работают над созданием крошечных маломощных чипов для диагностики нарушений работы сердца, а также мониторинга состояния пациентов с болезнью Паркинсона и эпилепсией. Такие устройства, пригодные для имплантации или постоянного ношения, могут не только изменить практикуемые врачами подходы, но и снизить стоимость диагностики.

Ключевым компонентом подобных приборов является разработанный авторами ультра-маломощный чип, обеспечивающий взаимосвязь между миниатюрными медицинскими мониторами и биосенсорами, а также различными устройствами, необходимыми для обработки сигнала и выведения информации.

Конечной целью работы исследователей является разработка чипа, на основе которого можно будет создать устройство для одновременного мониторинга целого спектра жизненных показателей, в том числе сердечного ритма, частоты дыхания, артериального давления, насыщения крови кислородом и температуры тела. В настоящее время они работают над микрочипом, предназначенным для регистрации и записи электрокардиограммы.

Врачи часто назначают пациентам с различными заболеваниями сердца хольтеровское мониторирование – непрерывную регистрацию электрокардиограммы в течение суток или более. В таких случаях к грудной клетке пациента с помощью нескольких электродов крепится монитор, а на бедро – аккумуляторная батарея. Это устройство не только не очень удобно, но и не позволяет сохранять достаточно большое количество информации.

Разрабатываемый авторами миниатюрный монитор имеет форму буквы L, длина каждой из сторон которой составляет около 10 сантиметров. Это устройство, не имеющее внешних проводов и потребляющее всего два милливатта, прикрепляется к грудной клетке и не мешает жизнедеятельности человека. Встроенная в него плата флэш-памяти позволяет регистрировать электрокардиограмму в течение двух недель. В будущем разработчики надеются усовершенствовать устройство, научив его использовать энергию, вырабатываемую телом человека, что исключит необходимость использования элемента питания.

Врачи могут использовать полученные с помощью нового монитора данные для прогнозирования состояния пациентов. Специалисты Массачусетского технологического института уже разработали компьютерный алгоритм, позволяющий на основе данных электрокардиограммы оценивать риск смерти пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями. В настоящее время такой анализ можно проводить после загрузки записанных на чипе данных в компьютер, однако, по словам разработчиков, в будущем чип сам будет обрабатывать информацию. Возможно, что чип даже сможет звуковым сигналом предупреждать пациента о высоком риске сердечного приступа, а также выявлять риск других возможных проблем, на основании чего врачи смогут своевременно проводить необходимые диагностические процедуры, изменять протокол лечения, либо прибегать к хирургическим вмешательствам.

Начало тестирования работы первого прототипа такого монитора электрокардиограммы на здоровых добровольцах запланировано уже на эту весну.

Новые направления

Помимо миниатюрных мониторов, предназначенных для непрерывного ношения, инженеры Массачусетского технологического института работают над созданием имплантируемой электроники для медицинского мониторинга. Основной стоящей перед ними проблемой является обеспечение непрерывного питания устройств без использования нуждающихся в регулярной перезарядке батарей. Для решения этой задачи адъюнкт-профессор Джоэл Доусон (Joel Dawson) предлагает использовать ультраконденсаторы, которые не изнашиваются со временем, что происходит с аккумуляторными батареями. Конечной целью его работы является создание устройства размером с рисовое зерно для регистрации тремора и непроизвольных подрагиваний пациентов с болезнью Паркинсона.

К другим проектам, над которыми работают специалисты лаборатории технологии микросистем, относится разработка миниатюрных ультразвуковых устройств, а также микрочипов типа «лаборатория на чипе», предназначенных для анализа состава биологических жидкостей. Они также занимаются поиском оптимальных подходов к беспроводной передаче информации, записываемой носимыми или имплантируемыми устройствами, в мобильные телефоны или компьютеры.

Специалисты считают, что потенциал биомедицинской электроники настолько велик, что на сегодняшний день человек даже не в состоянии полностью оценить его масштабы и что в будущем мы будем пользоваться устройствами, которые сегодня кажутся нам научной фантастикой. Наглядным примером такого невероятного прогресса являются мобильные телефоны, о которых не так давно люди могли только мечтать, а сейчас уже используют их не только для общения, но и для прослушивания музыки, чтения книг, работы в Интернете и многих других целей.

Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам MIT: Revolutionizing medicine, one chip at a time.

18.03.2010