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追蹤生物指標,能預測心臟病發?

追蹤生物指標,能預測心臟病發? Credit: Ly Thien Hoang (Lee)@Flickr CC BY 2.0

無聲殺手

近來新聞報導,心臟病猝逝,過程像是無聲的殺手靠近事主,生命在短短幾十秒就離開,徒留遺憾和惋惜,然後,我們永遠不知道,下一個這樣的事情何時會發生,發生在你、我或者誰的身上。長期追蹤生醫人網摘文章,也是生醫人的你,對於這樣的事情,有什麼想法?生醫的研究和醫材的開發,是否有機會「預測」心臟病發?

有可能「預測」嗎?

這個預測的想法若能實現是最好不過了,但需要多種科學技術的配合才能成功,首先要先定義出能提供「診斷」的訊號,這在生物醫學上稱做「生物指標」(biomarker);接下來就是研究這些指標如何能夠被檢測出來;再來就是「追蹤」檢測出來的數據,如此,才能在某種程度上達到隨時「預測」疾病的理想。其實,類似這樣應用的概念已經在醫學上行之有年,比如長期追蹤糖尿病患的血糖就是典型的例子,只是它需要「些微地」侵入人體量測血液,算是個小缺點:;因此有人開發了不需血液,直接量測汗液中的糖份的方式,用來推算血液中的血糖;另外還有曾造成一時話題、號稱可量測血糖的Google隱形眼鏡

偵測「生物指標」

以汗液內的「葡萄糖」(glucose)或者乳酸來做為血糖的指標,我們之前介紹過了,當時是以所謂的「離子電泳法」(iontophoresis),也就是用小電流刺激受測者的皮膚來產生足夠的汗液做檢測。 然而,這樣的方式可能導致紅腫和局部燒傷。因此美國「德州大學達拉斯分校」(UT Dallas)的科學家想用其他的方式來檢測約1µL的汗液,相當於一個鹽粒晶體的量,同時也能將訊號即時(real-time)傳出。這個技術已經常用,那就是以聚合物為基質的紡織材料合併到她們的血糖感測器,同時用該大學的半導體無塵室(clean-room)設備來製造電子元件。成品雛型是一個體積小、有柔軟性,外形為約1英吋長(約2.54公分)的柱狀產品。其中的關鍵技術就在於如何整合紡織材料與血糖感測器,他們改變紡織材料表面的紋路,讓汗液能夠盡快、有效地擴散到整個表面,使材料可以捉住「葡萄糖氧化酶」(glucose oxidase)分子,以便增加訊號強度。典型的血糖量測貼面,包含能夠放大化學反應訊號的分子,以便有足夠訊號讓監測裝置接收到並顯示出來(若訊號太微弱,監測儀器或裝置是感應不到的,自然也無從顯示數據)。但如果將這樣的裝置穿上,皮膚可能感覺刺激,將會是另一個挑戰。

心臟細胞受傷後的代謝物

血糖量測,聽來似乎有所突破。那麼同樣的問題在新血管疾病上呢? 首先要定義目標量測物,「肌鈣蛋白」(troponin,包含I、T、 C三種)是心臟病發之後,因心臟的細胞受到了傷害,而釋放到血液中循環的蛋白,通常在心臟病發後約四小時後到數天內,都可在血液中檢測到該種蛋白。而指尖的微血管中肌鈣蛋白的含量,與血液中的高含量有高度相關性,如此,科學家致力研究如何高精準的量測,以指尖採血,超低濃度的肌鈣蛋白。該校的研究團隊,以奈米結構整合「氧化鋅」(zinc oxide)電極,奈米結構能增加肌鈣蛋白和電極表面的結合,讓整個裝置變得特別敏銳。

前進理想

以上兩個產品開發,大約就是確定偵測目標物,然後朝極少採樣,確能有高訊號的目標前進,而方法都是增加待測樣品與感測器的接觸面積,技術則是改變樣品接觸感測器表面的面積。如果以這樣的思維在擴極其他有某種指向的生物指標,科技是否有一天能夠預測心臟病發?

文章參考:UT Dallas News Center
圖片來源:Ly Thien Hoang (Lee)@Flickr  CC BY 2.0
文章來源:SCIENTIFIC REPORTS


作者簡介

BioMeder

生醫人網摘的編輯。熱愛創新和用腦袋的事物,堅持文章一定要有邏輯性,藉由追蹤報導生醫領域的創新和應用來傳播知識。