DOI: https://doi.org/10.1038/s43246-024-00468-6
تاريخ النشر: 2024-03-13
المؤلف: Zixiong Wu وآخرون
الموضوع الرئيسي: مواد الاستشعار المتقدمة وجمع الطاقة
نظرة عامة
تقدم هذه القسم نظرة عامة على السائل بين الخلايا (ISF) كمصدر واعد للعلامات الحيوية للتطبيقات السريرية، مع تسليط الضوء على تشابهه مع تركيبة الدم. تظهر أجهزة الاستشعار الحيوية القابلة للارتداء المعتمدة على ISF كأدوات مهمة للتشخيص غير الجراحي والأقل جراحة للأمراض والطب الشخصي. يستعرض المراجعة التقدمات الحديثة في أجهزة استشعار ISF، مع التركيز على التقنيات القابلة للارتداء، ويناقش علامات ISF، وتقنيات أخذ العينات، واستراتيجيات الاستشعار المختلفة، بما في ذلك المواد، وطرق التصنيع، والآليات.
بالإضافة إلى ذلك، تقدم المراجعة تطبيقات هذه الأجهزة الحيوية مع معالجة التحديات التي تواجهها حاليًا في هذا المجال. تختتم برؤية مستقبلية حول التطورات المحتملة في تقنيات استشعار ISF، مع التأكيد على أهميتها في تعزيز الرعاية الصحية والتطبيقات الطبية الحيوية.
مناقشة
تؤكد قسم المناقشة في ورقة البحث على أهمية السائل بين الخلايا (ISF) كمخزن للعلامات الحيوية، خاصة بسبب سهولة الوصول إليه وغياب الألم المرتبط بأساليب أخذ عينات الدم التقليدية. يحتوي ISF، الموجود بشكل أساسي في الأدمة، على علامات حيوية تعكس تركيبة بلازما الدم ولكن قد تختلف في التركيز بسبب الحواجز الحجمية والشحن التي تواجهها أثناء الانتقال من الدم إلى ISF. يمكن للجزيئات الصغيرة (≤3 كيلودالتون) الانتشار بحرية، بينما تواجه الجزيئات الأكبر (3-70 كيلودالتون) قيود نقل جزئية، وتُنقل الجزيئات التي تتجاوز 70 كيلودالتون بشكل أساسي عبر النقل الخلوي. تعتبر سلامة الوصلات بين الخلايا البطانية ضرورية لتنظيم نفاذية العلامات الحيوية، ويمكن أن تؤدي الالتهابات إلى تعطيل هذا التوازن، مما يؤدي إلى تغير تركيزات العلامات الحيوية.
تستكشف تقنيات أخذ عينات ISF الأقل جراحة، مثل الإبر الدقيقة، والعلاج الأيوني العكسي (RI)، والميكرودياليسيس، لتطبيقاتها السريرية. يمكن أن تكون الإبر الدقيقة صلبة أو مجوفة أو مسامية أو قائمة على الهيدروجيل، حيث تقدم كل منها مزايا مميزة لاستخراج ISF واكتشاف العلامات الحيوية. بينما يوفر RI بديلاً غير جراحي لأخذ عينات ISF، قد يؤدي إلى تخفيف تركيزات العلامات الحيوية. على الرغم من أن الميكرودياليسيس فعالة للمراقبة المطولة، إلا أنها غالبًا ما تؤدي إلى تخفيف كبير في ISF المجمعة. تختتم القسم بتسليط الضوء على إمكانية دمج هذه الطرق في أجهزة الاستشعار الحيوية لمراقبة العلامات الحيوية في الوقت الحقيقي، وخاصة الجلوكوز، الذي يعد أمرًا حيويًا لإدارة الحالات المزمنة مثل السكري. ومع ذلك، تظل الحاجة إلى تجارب سريرية صارمة للتحقق من دقة وفعالية هذه التقنيات أمرًا بالغ الأهمية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s43246-024-00468-6
Publication Date: 2024-03-13
Author(s): Zixiong Wu et al.
Primary Topic: Advanced Sensor and Energy Harvesting Materials
Overview
The section provides an overview of interstitial fluid (ISF) as a promising source of biomarkers for clinical applications, highlighting its similarity to blood composition. ISF-based wearable biosensors are emerging as significant tools for non-invasive and minimally invasive disease diagnosis and personalized medicine. The review outlines recent advancements in ISF biosensors, focusing on wearable technologies, and discusses ISF biomarkers, sampling techniques, and various sensing strategies, including materials, fabrication methods, and mechanisms.
Additionally, the review presents the applications of these biosensors while addressing the challenges currently faced in the field. It concludes with a forward-looking perspective on potential future developments in ISF-based biosensing technologies, emphasizing their importance in advancing healthcare and biomedical applications.
Discussion
The discussion section of the research paper emphasizes the significance of interstitial fluid (ISF) as a biomarker reservoir, particularly due to its accessibility and the absence of pain associated with traditional blood sampling methods. ISF, primarily located in the dermis, contains biomarkers that reflect the composition of blood plasma but may differ in concentration due to size and charge barriers encountered during translocation from blood to ISF. Small molecules (≤3 kDa) can diffuse freely, while larger molecules (3-70 kDa) face partial transport restrictions, and those exceeding 70 kDa are predominantly transported via transcytosis. The integrity of inter-endothelial junctions is crucial for regulating biomarker permeability, and inflammation can disrupt this balance, leading to altered biomarker concentrations.
Various minimally invasive ISF sampling techniques, such as microneedles, reverse iontophoresis (RI), and microdialysis, are explored for their clinical applications. Microneedles can be solid, hollow, porous, or hydrogel-based, each offering distinct advantages for ISF extraction and biomarker detection. While RI provides a non-invasive alternative for sampling ISF, it may lead to diluted biomarker concentrations. Microdialysis, though effective for prolonged monitoring, often results in significant dilution of the collected ISF. The section concludes by highlighting the potential of integrating these sampling methods with biosensors for real-time monitoring of biomarkers, particularly glucose, which is crucial for managing chronic conditions such as diabetes. However, the need for rigorous clinical trials to validate the accuracy and effectiveness of these technologies remains paramount.