ASN Kidney Week 2022丨未來已至？體內(nèi)外新型生物傳感系統(tǒng)將改變腎臟病管理模式

新型生物傳感器簡介

過去15年里，基礎(chǔ)科學(xué)的突破性發(fā)展讓人類在醫(yī)院等專業(yè)醫(yī)療機(jī)構(gòu)里檢測身體變化成為現(xiàn)實，如心電圖、腦電波等監(jiān)測手段都是在臨床中廣泛運用的檢測方式。然而，目前在臨床中使用的生物電流檢測設(shè)備都是直接覆蓋在皮膚上，較難的檢測身體內(nèi)在情況。此外，現(xiàn)行檢測設(shè)備較為笨重，無法隨身攜帶。鑒于此，通過科學(xué)家們不斷努力，終于在2019年，來自美國的科學(xué)家將心電圖、血壓、血氧監(jiān)測等設(shè)備集合于一個拇指大小的便攜式新型生物傳感器。

這種新型生物傳感器可以監(jiān)測哪些指標(biāo)呢？它可以定制化的監(jiān)測體溫、微生物電位（如心電圖）、監(jiān)測汗液、血流、血壓、血氧、靜脈測繪以及心臟聽診。除此以外，還有特殊改進(jìn)設(shè)備可以監(jiān)測傷口愈合情況。學(xué)者們認(rèn)為，這種新型生物傳感器可以適用于行動能力受限或語言能力欠缺的人群，如新生兒。

目前包括美國在內(nèi)的20多個國家已經(jīng)批準(zhǔn)此類新型生物傳感器的上市（此類新型生物傳感器并未在我國上市）。這類設(shè)備已經(jīng)服務(wù)超過12000例患者，收集到超過15萬小時的數(shù)據(jù)。John Rogers教授認(rèn)為，上述數(shù)據(jù)提示這種新型生物傳感器安全且可靠，并具有更廣泛的應(yīng)用前景，如用于腎臟病的管理。

新型生物傳感器與腎臟病管理

新型生物傳感器除了能夠附著于人體表面以外，還可以植入大腦和心臟，從而監(jiān)測器官內(nèi)部的血流情況以及定制化監(jiān)測相應(yīng)生物標(biāo)志物。

對于目前的腎病檢查方法而言，估算腎小球濾過率（eGFR）雖然簡單易行，但檢查結(jié)果可能未假陽性或假陰性，在部分人群中準(zhǔn)確性較低（詳情見：ASN Kidney Week 2022丨一文總結(jié)，腎小球濾過率檢查的注意事項與適用人群）。腎病檢查的“金標(biāo)準(zhǔn)”，腎活檢則是一種有創(chuàng)的無法頻繁檢測的檢查方法，較難以用于腎病監(jiān)測。體內(nèi)新型生物傳感器則可以結(jié)合兩者的優(yōu)勢，即無創(chuàng)、準(zhǔn)確、長期的監(jiān)測腎臟狀態(tài)。例如在移植腎包膜下植入新型生物傳感器可以持續(xù)跟蹤移植物的健康狀況，如移植腎的溫度和灌注狀態(tài)。

目前，腎臟體內(nèi)生物傳感器的原型機(jī)已用于動物模型的腎功能監(jiān)測。John Rogers教授及其團(tuán)隊在小鼠的腎臟中植入柔軟、無排異反應(yīng)的新型生物傳感器，其主要目的為評估體內(nèi)生物傳感器的安全性、有效性。該設(shè)備重要的組成部分為封裝的薄膜金傳感器（100nm級），它可以監(jiān)測小鼠腎臟表面溫度。通過研究發(fā)現(xiàn)，若小鼠腎臟表面溫度較高，則腎臟灌注狀態(tài)較好；若小鼠腎臟表面溫度較低，則腎臟灌注狀態(tài)較差。John Rogers教授認(rèn)為人體也有類似規(guī)律。體內(nèi)新型生物傳感器可通過wifi或藍(lán)牙將上述數(shù)據(jù)傳輸給電腦，幫助醫(yī)師了解腎臟情況。更重要的是，在未來或可開發(fā)相應(yīng)程序，估算腎臟灌注不足的風(fēng)險，以避免腎移植受者或慢性腎臟病患者發(fā)生急性腎損傷的風(fēng)險。

值得一提的是，John Rogers教授及其團(tuán)隊還與芝加哥大學(xué)的團(tuán)隊合作共同準(zhǔn)備豬模型腎臟監(jiān)測器的臨床前研究，預(yù)計會在明后年發(fā)布相關(guān)結(jié)果。

部分生物標(biāo)志物在汗液中的水平與血液中的水平相關(guān)。因此，新型生物監(jiān)測器（此類生物監(jiān)測器被稱為微流設(shè)備）還可以附著在人體皮膚，監(jiān)測汗液，從而推算血液中的乳糖、氯離子、pH以及葡萄糖水平。目前，此類設(shè)備已經(jīng)廣泛用于臨床和運動醫(yī)學(xué)。

鑒于汗液中肌酐、尿素和pH值可能與血漿或血液中的肌酐、尿素和pH值相關(guān)。因此，有團(tuán)隊開發(fā)了監(jiān)測汗液中肌酐、尿素和pH值的微流設(shè)備原型機(jī)。該原型機(jī)可無創(chuàng)、實時、便攜的監(jiān)測人體汗液中肌酐、尿素水平和pH值，或可估算人體血液中的肌酐、尿素和pH值。

John Rogers教授認(rèn)為，當(dāng)醫(yī)師通過體內(nèi)外新型生物監(jiān)測器收集了足夠的臨床數(shù)據(jù)后，可借助機(jī)器學(xué)習(xí)了解患者腎臟功能下降的風(fēng)險，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)及時調(diào)整處方。

綜上所述，新型生物傳感器已經(jīng)在臨床前和臨床研究中取得了一定成果，并在部分國家陸續(xù)上市。或許在不遠(yuǎn)的未來，醫(yī)師可以對患者的腎臟進(jìn)行7×24h的監(jiān)測與管理，這將減少部分慢性腎臟病患者和腎移植受者發(fā)生急性腎損傷的風(fēng)險，有助于改善患者的預(yù)后。