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Jul 23, 2023

医療記録に代わって最も一般的な疾患を診断する生体センサーの活用

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生体認証の導入により、医療技術は飛躍的に進歩しています。 高度な生体認証センサーは、私たちの日常の健康状態を監視し、病気を初期段階で検出できる可能性を秘めています。

ここでは、間もなく医療業界の様相を変える可能性がある生体認証技術における驚くべき進歩と、私たちが自分の医療データを記録する方法をいくつか紹介します。

今注目すべき最もエキサイティングなテクノロジーの 1 つは、2017 年初めに MIT とブリガム アンド ウィメンズ病院の研究者によって発表されました。 彼らは、患者の胃酸によって電力を供給され、さまざまな用途に使用できるボルタ電池を作成しました。

細胞には亜鉛と銅の電極が含まれており、イオンは胃酸によってこれらの電極間を運ばれます。 これにより回路に電力が供給され、温度センサーとワイヤレス送信機に電力が供給されます。 これは、細胞を含む錠剤を使用して体内の変化を検出し、その結果をコンピューターやスマートデバイスにワイヤレスで送信できることを意味します。

MIT とハーバード大学医学部が発表したもう 1 つの 2017 年のイノベーションは、健康状態を監視するタトゥーに使用できる、バイオセンシング特性を備えた色が変化するインクでした。 このスマートタトゥーにより、人々は自分の血糖値とナトリウム値を監視できるようになるかもしれない。

DermalAbyss と呼ばれるこのプロジェクトは、間質液の変化に反応して機能します。 この液体は私たちの皮膚細胞が浮遊している場所であり、私たちの体の変動する化学レベルに関する情報が含まれています。

インクは青と茶色の間で変化して血糖値の変化を示し、ナトリウム監視インクはブラックライトの下で明るさが変化します。 この画期的な技術は、血糖値を監視したい糖尿病患者にとって非常に価値のあるものとなる可能性がある。

理論的には、このインクを使用して、血液化学の他の変化を監視および検出することもできます。

今年初め、Fitbit は血糖値監視センサーと対応するアプリを製造する会社、Sano に 600 万ドルを投資しました。 これは、Fitbit のような企業が近い将来、ウェアラブル健康技術の分野で先頭に立つことを目指していることを示す強力な指標です。

佐野センサーはウェアラブルパッチ内に収容されており、同社のスマートフォンアプリと無線で通信する。 このアプリは、血糖値の監視に加えて、着用者の健康を助けるために食事の変更や運動を推奨することもできます。

昨年、血中のグルコース濃度を測定し、必要に応じてインスリンを投与する生体認証装置であるメドトロニックの人工膵臓がデビューした。 現在のところ、これは FDA によって承認された唯一の自動インスリン ポンプです。

グルコース センサー、インスリン ポンプ、カテーテルを介してインスリンを送達する注入パッチを備えています。 センサーは着用者の血糖値に関する情報を収集し、それに応じてバックグラウンド インスリンの投与が調整されます。

患者は、インスリン摂取量の制限を設定し、この制限に達したとき、またはその直前にデバイスが自動的にスリープ モードに切り替わるようにすることができます。

2017 年 9 月に発表された MasSpec ペンは、約 10 秒でがん細胞を検出できるハンドヘルド デバイスです。 これは、外科医が癌の影響を受けた領域のみを切除し、影響を受けていない組織を残せるように、手術で使用するために設計されました。

MasSpec は、ほとんどのがんスクリーニング検査よりも高速で、96% の精度を誇ります。 細胞の代謝産物を検査することで機能し、がんを分子レベルで検出できます。 組織に水を一滴投与し、組織から水に移動する分子を検査するだけで機能するため、患者に痛みを与えることなく検査を行うことができる。

オーストラリアのメルボルンRMIT大学の研究者らは、今年初めに摂取可能なセンサーに関する研究を発表した。 センサーは消化管を通過し、体内のガス濃度や腸全体の健康状態に関する情報を収集して送信します。

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この魅力的な小さなセンサーは、食物不耐症を判定するためだけでなく、結腸がんの早期発見器としても使用できる可能性があります。 この技術は、酸素、二酸化炭素、水素を測定するための個別のセンサーを備えており、データを送信してコンピューターで表示できるようにします。

過去数年間で、生体認証ウェアラブルやいわゆるスマート スキンが大幅に進歩しました。 つい最近、東京大学の研究者らは、バイタルを測定するだけでなく、それを体に表示できるスマートスキンオーバーレイを発表しました。

半導体技術を使用して、エレクトリックスキンは着用者の心拍数、血圧、体温などを追跡できます。 着用者は、バイタルデータをワイヤレスでクラウドに送信したり、医師のコンピュータに直接送信したりすることもできます。

これにより、医師は患者の健康状態を遠隔から監視できるようになり、高齢の患者やより多くの介護が必要な患者の場合に特に有用となる。

IBMは2016年以来、さまざまな病気を迅速かつ効果的に検出できるラボ・オン・チップ技術の開発に取り組んでいる。 このチップは体内のナノ粒子を検査してがんやその他の病気を検出し、いつか生検などのより侵襲的な処置に取って代わる可能性がある。

がんをスクリーニングする際、チップはエキソソーム（細胞から由来し、その起源となる細胞に関する情報を含む小さな粒子）を収集します。 このチップは、通常は電子顕微鏡でしか観察できない情報を検出できるため、サンプル採取の必要性が事実上不要になります。

チップを装着すると、医師は患者からの情報に直接アクセスできるようになります。

米国、中国、韓国の研究者らは最近、患者の体温と血圧を遠隔から追跡できる新しいウェアラブルセンサーを発表した。 ペニーサイズのセンサーは患者からデータを収集し、医療専門家に送信します。

最大 65 セットを患者の体のさまざまな領域に広げて着用することを目的としています。 収集された情報は、医療専門家に送信される前に、NFC 送信コイルによって保存されます。

現時点では、センサーは圧力と温度のみを監視できますが、研究チームは心拍数や呼吸を含むように機能を拡張したいと考えています。

今年の3月、タフツ大学の研究者らは、歯に装着でき、リアルタイムで食事情報を追跡できるセンサーを開発した。 この小さなセンサーは、アルコール摂取量からナトリウムやブドウ糖のレベルまであらゆるものを追跡できます。

センサーは 3 つの層で構成されています。1 つは接触した食品の化合物を記録する中央層、もう 2 つはデータを送信する外側の層です。 このセンサーを使用すると、着用者はさまざまな化学物質の摂取を正確に追跡できるようになり、医師や歯科医は患者の食習慣の正確な概要を把握できるようになります。

この新しい CRISPR 技術により、ユーザーはどこにいても自分自身を診断できるようになります。 Mammoth CRISPR プラットフォームは、CRISPR タンパク質を含む小さなカードで構成されています。 ユーザーの体液がタンパク質と接触すると、すぐに病気の DNA や感染症を探し始めます。

対応するアプリを使用すると、ユーザーは自分のデータをマンモス バイオサイエンスに送信し、30 分以内に完全な診断と提案される治療法を受け取ることができます。 これは病気の早期発見における大きな進歩であり、ユーザーは医師の診察を受けずに病気の有無を迅速かつ簡単に検査できる機会も得られます。

昨年11月、FDAは患者が服用に成功した場合に医師に警告するセンサーピルを正式に承認した。 この薬「エビリファイ・マイサイト」は抗精神病薬であり、精神科医療専門家が患者の投薬継続を確実にするのに役立つ可能性がある。

患者の同意を得た後、医師はスマートピルを処方することができます。 関連する技術には 3 つの主要なコンポーネントが含まれます。 まず、錠剤自体に胃酸との接触に反応する内部センサーが取り付けられています。 センサーが作動すると、患者が着用しているパッチと通信します。 そこから信号が処方した医療専門家のスマート デバイスに送信され、薬が摂取されたことが警告されます。

IBM はラボ・オン・チップ・テクノロジーに熱心に取り組んでいますが、一部の科学者はさらに一歩進んでいます。 Lab-on-a-fiber テクノロジーは光ファイバーで動作し、チップよりも体内の湿った環境に適しています。

サイズが小さいため、ファイバーは患者の臓器や静脈に直接埋め込み、バイオセンサーとして使用できます。 ラボオンチップ技術と同様に、これらのファイバーは、病気の初期段階で検出および診断するために、エクソソームを収集およびスクリーニングすることができます。

また、電流ではなく光を使用して測定を行うため、患者の身体へのリスクが少ないことが示唆されています。

昨年のジェームズ・ダイソン賞の受賞者は、皮膚がんを検出できる携帯型デバイス「sKan」でした。 カナダのマクマスター大学の技術者チームによって開発されたこの装置は、生検などの従来の皮膚がんスクリーニング方法よりも低コストで侵襲的です。

熱に敏感な抵抗器を使用して身体をマッピングし、がんの痕跡があるかどうかを判断できるデジタル読み取り値を生成します。 このテクノロジーにより、医師は間もなく、現在のコストの数分の一で患者を迅速かつ効果的に診断できるようになる可能性があります。

2016年、ブラジル国立ナノテクノロジー研究所の研究者らは、がんを検出するナノスケールバイオセンサーを発表した。 この装置により、アルツハイマー病やパーキンソン病だけでなく、がんの早期発見も可能になる可能性がある。

このセンサーは、多くの形態の癌やその他の疾患に見られる酵素に反応する有機トランジスタで構成されています。 このセンサーは早期の検出と診断を可能にするだけでなく、診断後の治療の有効性を監視するためにも使用できます。