除了可穿戴设备 还有哪些很酷的电子医疗?

2015-11-13 19:57:15来源: E药脸谱网 关键字:电子医疗  智慧眼镜  3D打印  微针胶囊
    说起“很酷”的电子医疗人们首先会想起日益普及的穿戴健康产品,比如“Apple Watch”。或者就是传统的生物医学工程技术,像人工器官、生物医学信号处理、医学成像等。这些现代医疗技术对人类疾病的预防、诊断、治疗、康复等发挥着巨大的作用,改变了人类生命的轨迹。但今天笔者要介绍的是医药和微电子技术擦出火花的一些“很酷”电子医疗发明。

  诺华、谷歌的“智慧”隐形眼镜:

  最近一两年赚足眼球的“很酷电子医疗”当属诺华和谷歌合作开发的“智慧”和“糖尿病”隐形眼镜。前者在双层隐形镜片之间安装有自动聚焦感应电路(如图),比如阅读时镜片会自动聚焦到书本,而眺望时又能迅速聚焦远距离的物体。聚焦时间可以快到1毫秒。而后者在夹层安装了检测血糖水平的传感器,能即时检测糖尿病患者的血糖水平。为“怵针”的糖尿病患者即时跟踪血糖带来福音。据说这两款隐形眼镜预计在2016年进入人体临床试验,售价大约每年4500美元。

  “智慧眼镜”的微电子技术部分来自神秘的Google X实验室。Google X实验室在双层的隐形镜片之间嵌入作为传感器的光敏二极管。这些光敏二极管能根据眼睑开合的角度控制进光量及视线的上下移动进行调整,随后将信号传输给液晶从而调节镜片之间的相对位置而聚焦。诺华下属眼科公司爱尔康(Alcon)是全球最有经验的眼科公司,负责这种“智慧眼镜”的临床开发。这种技术不仅能让近视的老花眼解脱眼镜的烦恼,还有望应用到象白内障等其它眼科疾病。

  除了针对近视/老花眼的“智慧”隐形眼镜之外,诺华和谷歌还联合开发了一种针对糖尿病患者的“糖尿病隐形眼镜”。和“智慧眼镜”一样设计人员在双层镜片之间嵌有微型传感器,但这不是为了聚焦,而是为了检测患者眼液中的葡萄糖浓度,并通过无线电信号输送到用户的穿戴电子用品。医生能借此更加精准地管理病人的饮食和服药情况。这个产品的雏形由华盛顿大学电机工程学副教授巴芭克?帕维兹在2008年开发。他设计的葡萄糖传感器使用电极让微电流流过眼液,并通过测量电流来探测眼液中葡萄糖的浓度,而眼液中葡萄糖浓度可以直接反映血液中的葡萄糖浓度。这些电极同无线电调频天线的计算机芯片一起,建立在聚酯合成纤维制成的一个平板衬底上,帕维兹接着将所有这些物质铸模成一个隐形眼镜的形状。后来这个设计被神秘的谷歌X实验室收购并进一步完善。

  虽然诺华的首席执行官(CEO)乔·希门尼斯(Joe Jimenez)最近在接受美国Fox电视台采访时信誓旦旦介绍了这两款智慧眼镜的前景,且表示将在2016年进入临床试验阶段。但许多人业界人士尤其对“糖尿病”隐形眼镜的可行性还表示三个方面的质疑:(一)糖尿病隐形眼镜通过测定眼液的葡萄糖水平,但眼液(眼泪)的葡萄糖含量和血糖含量的相关性还没有被证实。(二)、按照目前葡萄糖检验手段(生物法、化学法、质谱法、物理法),准确检查眼液中微量葡萄糖浓度几乎是不现实的事情,更不用说把这些仪器/电路/电池做得这么小以便置于两层隐形镜片之间且不影响视力。(三)、谷歌前不久和全球领先的血糖仪生产商Dexcom签署了合作计划,合力打造一款“硬币大小的”血糖检测仪。其中Dexcom负责传感器的研发,谷歌负责微型化和数据处理工作。这个合作从一个侧面暗示糖尿病隐形眼镜的传感器开发并不顺利,因此不得不收购Dexcom的技术。当然有钱任性,也许谷歌会把这款新开发的血糖传感器用于隐形眼镜的开发。

  糖尿病是一种严重的慢性病,不仅人数众多(平均每19人中就有1人患有糖尿病),且一旦血糖指數失控,患者将面临包括眼、肾、以及心脏损伤等诸多并发症。如果糖尿病隐形眼镜能如期面世,并即时、准确地监测患者的血糖指数(每秒读取一次),对糖尿病患者来说显然是一个革命性产品。衷心希望谷歌X实验室推出一款象谷歌无人驾驶汽车一样信赖可靠的“很酷”电子医疗产品。

    即时3D打印药片?

  3D打印技术日渐普及,大到飞机大炮小至人体器官,听上去好象“无所不能”。应用到制药工业有人预测将来可以取代药房即时打印“个体化药片”。他们想象将来的医生处方也就是一个二进制的“条形码”,用日益普及的自助3D打印机一扫随后就得到适当的药物。这个说法听上去好象“似乎有理”但显然歪曲了3D打印药片技术。

  事实上今年8月美国FDA已经批准了首款用3D打印技术制备的SPRITAM?药片(左乙拉西坦速溶片),用于和其它抗癫痫药物联合治疗成人或儿童患者的部分性发作、肌阵挛发作、以及原发性全身癫痫发作。当然Aprecia制药公司的左乙拉西坦速溶片和以上的“个体化”3D打印药片有本质的区别。SPRITAM?实际上就是一种制剂生产技术,通过3D打印技术使新型制剂内部成多空状,因为内表面积高能在短时间内被很少量的水融化。这样的特性给某些具有吞咽性障碍的患者带来了福音。在美国每年有300多万人受到活动性癫痫病的困扰,其中有超过14%是儿童患者。相当一部分患者往往具有一定程度的吞咽性障碍,常发生呕药、卡药等情形影响药效的发挥,也有些儿童对口服药片具有畏惧和排斥心理,不愿意按时服药。3D打印技术制备的SPRITAM?有益于这些患者的给药依从性。

  除此之外,每片SPRITAM?的载药量和传统制剂相比也明显提高。尤其是对于一些需要一次性服用大剂量药物的患者来说,这种“速溶片”可以极大地减轻这些患者服药的痛苦。当然3D打印的辅料和活性成分还是药物。

  麻省理工学院的“微针胶囊

  很多药物比如大多数的生物制剂口服无效。这些药物口服要么无法吸收,要么在没有进入血液之前被消化系统分解。而许多人又害怕打针,所以如果能把把针剂做成口服药丸将是一个巨大市场。正因为此,近年来也出现了很多设计理念,最引人注目的可能是麻省理工学院的一个学生设计的“微针胶囊”。

    麻省理工学院化工系的一个叫Carl Schoellhammer的28岁学生在世界头号发明家Robert Langer教授指导下发明了一种“微针胶囊”(Microneedle Pill, mPill)。如上图所示,mPill是表面布满小针头,但这些针头被一种pH敏感物质裹住的一种“胶囊”。外部的pH反应层不仅覆盖针头同时也让吞咽更加容易。在这个满是针头的不锈钢胶囊里装入适量的药品,一旦病人把它吞下,在到达肠道后,表面的保护层就会因pH的变化而溶解,针头因此刺入周围肠壁,直接将药物注射入血液。因为肠道内壁缺乏疼痛神经,这种胶囊比传统注射的疼痛感要小得多。

  虽然上述的微针胶囊布满钢针看上去很可怕,但通过X光对猪等动物实验跟踪表明这种微针胶囊实际上很安全,布满钢针的胶囊能顺利排出体外。而且动物实验表明,一个灌注胰岛素的“钢针胶囊”的给药效果等同或优于传统的皮下注射(点击查看录像效果)。

  为了避免个别“微针胶囊”发生意外无法排出体外,Schoellhammer还开发另一种版本的胶囊,即使用混有药物的糖制成的实心针头。作用都是一样的,针头穿入消化道表层,直接将药物送至血液,不过这时候针头本身也会溶解,最后只剩下不带针的胶囊。位于加州的Rani Therapeutics的“糖针胶囊”设计原理相同,但是使用可降解的“糖针”并通过酸化反应启动。和“微针胶囊”相比前者的优点是准确性/再现性好但需要顺利通过肠道排出,而后者优势是生物降解但启动准确性(对装置的要求更高更精密)、可加工性有所不如。如何精确地控制“糖针胶囊”在十二指肠/结肠启动“微针”是一个技术考验。

  如果说20年后70%的汽车将是电动汽车,传统汽车将逐渐退出历史舞台,那么20年后制药工业除了会出现更多的颠覆性新药之外,也会迈入电子化、数字化时代。相信以上这种通过电子化、数字化改良那些还不是很理想传统药物的发明会越来越多,诺华和谷歌的碰撞只是一场新医疗革命的开端。

关键字:电子医疗  智慧眼镜  3D打印  微针胶囊

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2015/1113/article_6194.html
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