Avancerad sjukvårdsteknik med mikrofluidik

2018-02-275 Minute Read

Samhället tar ofta enorma steg framåt när man kombinerar olika forskningsområden inom till exempel sjukvårdsteknik. I framtiden kommer vi troligtvis att få stora fördelar genom att två olika tekniker slås samman: mikrofluidik och 3D-utskrifter. Resultaten kan förändra hur vi analyserar och behandlar sjukdomar.

Vätskor flödar genom trånga kanaler på ett annat sätt än i stora eftersom beteendet förändras. Mikrofluidik drar nytta av detta genom att driva dem genom kanaler som är tunnare än ett mänskligt hårstrå. Forskare kan klämma in många sådana kanaler på en minimal yta tillsammans med pumpar och klaffar för att styra flödet av kroppsvätskor, till exempel blod, i den här skalan. Resultatet? Ett mikroskopiskt omlopp fullt av små vätskor, vilket du kan manipulera med helt ny precision.

Stora steg med små metoder

Mikrofluidik har utvecklats sedan kalla kriget då försvarsforskare försökte skapa vätskeomlopp för att motstå elektromagnetisk strålning från atombomber. Sedan dess har vi sett det användas i stor omfattning i mikroelektromekaniska system (MEMS), till exempel små accelerometrar och gyroskop. Sensorn för krockkudden i din bil innehåller antagligen den här typen av omlopp.

Sent 90-tal började forskare utforska fördelarna för sjukvårdsteknik och bioteknik, där man sedan länge manipulerade vätskor på makronivå. När en patient behöver lämna blodprov till exempel, tar läkaren ett prov och skickar det till labbet där en tekniker manuellt överför blodet till olika sorters utrustning som skapar en mängd olika test. Det innebär tre saker (kostnader, en flaskhals i fråga om produktivitet och mycket väntande) som gör att läkaren ringer patienten flera veckor senare angående resultaten.

Revolutionerande sjukvårdsteknik

Ett mikrofluidiskt omlopp kan ta ett litet biologiskt prov och testa det snabbt och enkelt i en mikroskopisk version av ett sådant test. Resultaten är mycket exakta och visas ofta omedelbart. Eftersom omloppen är så små kan man dessutom genomföra flera experiment samtidigt i olika delar av omloppet. Det har lett till en utvecklingsmetod som kallas ”lab on a chip.”

Fördelarna för sjukvården är enorma. I och med att tekniken utvecklas kan man testa alla möjliga sorters sjukdomar snabbt och billigt med hjälp av engångsenheter som styrs av okvalificerad personal. En person i ett utvecklingsland med ett sjukvårdssystem med begränsade resurser kan testa hela befolkningen i en stad med bara några billiga remsor och en smartphone. Man kan även placera en bloddroppe på en remsa som innehåller ett mikrofluidiskt omlopp och som sedan meddelar resultaten till en enhet som är kopplad till smartphone-enheten där resultatet visas direkt på skärmen.

En av de stora fördelarna med den här tekniken under utveckling är analys av biomarkörer. Det handlar om indikatorer i människokroppen, vanligtvis på cell- eller molekylnivå, som berättar något om patientens hälsa. Några exempel är proteiner, kolhydrater, DNA och RNA (används för att uttrycka gener). Forskare undersöker möjligheten att analysera biomarkörer för tumörceller med hjälp av mikrofluidiska omlopp för att upptäcka cancer snabbare och på så sätt rädda liv.

3D-utskrifter—nästa steg framåt

Varför används inte dessa ”lab on a chip” överallt? En stor begränsning är den enorma kostnad det innebär att börja med tekniken. Ingångskostnaden för mikrofluider är hög eftersom det är både dyrt och svårt att skapa små omlopp. Vanligtvis använder forskare litografi, en process som liknar hur man skapar mikrochip men det gör det svårt att förnya i nya omlopp. 3D-utskrifter kommer att förändra det här.

Med 3D-skrivare kan man potentiellt skriva ut en mängd olika mikrofluidiska layouter på begäran, vilket skapar en möjlighet att specialdesigna omlopp. Tänk dig ett bibliotek av mikrofluidiska omlopp som är utformade för olika typer av test som du snabbt kan producera utifrån patientens behov. Läkare kommer inte alltid att vilja ha samma ”lab on a chip,” utan snarare skriva ut labb för toxikologiska undersökningar, medicinsk screening, cancertester eller genprofiler medan patienterna väntar.

Förhoppningen är att forskare ska kunna utveckla mikrofluidiska chip som testar många olika biomarkörer och på så sätt kan skapa en precis diagnostisk profil för patienterna. Men med mikrofluidik och 3D-utskrift kan vi ta det ännu längre. Dessa små omlopp innebär även potential för medicinsk syntes där olika komponenter blandas ihop för att skapa olika beståndsdelar för medicinskt bruk. De är också lösningen till mer precis medicinering, där implanterade omlopp kan ge varierande doseringar och blandningar av medicin baserat på deras övervakning av lokal cellaktivitet.

Det här innebär ett steg framåt mot en framtid där mediciner är högst anpassade och mycket mer effektiva, och med en åldrande befolkning som kommer att innebära ännu mer tryck på sjukvårdssystemet är det en framtid vi måste nå så snabbt det bara går. Inom modern medicin är NNT-tal ett epidemiologiskt mått på hur många patienter som behöver få en viss behandling innan en patient drar nytta av den. I en perfekt värld är det här talet en: varje patient drar nytta av varje behandling. I verkligheten är det fortfarande oantagligt högt eftersom vi än idag har en tuff inställning till medicin.

Mikrofluidik kan förändra det här, vilket bekräftar något som uppfinnarna till det alltid har vetat: de bästa sakerna kommer verkligen i små former.

Joe Hewitson 2018-08-15 4 Minute Read

Prognos för tekniktrender: Vad kommer 2018 och framöver?

Vilka nya tekniktrender kan du förvänta dig framöver? Här är några viktiga trender.

Rose de Fremery 2018-08-09 6 Minute Read

Disruptiv teknik kommer att revolutionera IT i sjukvården

Disruptiv teknik som AI kommer att revolutionera IT i sjukvården. Läs om hur det kommer att göra livet lättare för läkare och patienter.

Lydia Dishman 2018-07-24 6 Minute Read

4 verktyg för att förenkla och automatisera arbetslivet

Undvik att lägga för mycket tid på administration. Här får du fyra tips på bra företagsverktyg som hjälper dig att automatisera företagets arbetsflöden.