Νέα «έξυπνη» μάσκα παρακολουθεί δείκτες άσθματος, νεφρικής νόσου μέσω της αναπνοής

Ερευνητές από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας δημιούργησαν μια πρωτοποριακή «έξυπνη» μάσκα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση μιας σειράς ιατρικών παθήσεων, όπως το άσθμα, η χρόνια αποφρακτική πνευμονοπάθεια (ΧΑΠ) και οι λοιμώξεις μετά τον COVID-19. Η μάσκα, που ονομάζεται EBCare, αναλύει τις χημικές ουσίες στην αναπνοή του ατόμου που τη φοράει, σε πραγματικό χρόνο.

«Η παρακολούθηση της αναπνοής ενός ασθενούς είναι κάτι που γίνεται συνήθως για την αξιολόγηση του άσθματος και άλλων αναπνευστικών παθήσεων», δήλωσε ο Γουέι Γκάο, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης και καθηγητής ιατρικής μηχανικής. «Ωστόσο, αυτό σημαίνει ότι οι ασθενείς πρέπει να επισκεφθούν μια κλινική για να υποβληθούν σε εξέταση και μετά να περιμένουν τα εργαστηριακά αποτελέσματα» πρόσθεσε.

Ο Γκάο και η ομάδα του είχαν ως στόχο να αναπτύξουν εργαλεία για την εξ αποστάσεως παρακολούθηση της υγείας που θα παρέχουν δεδομένα σε πραγματικό χρόνο. «Για παράδειγμα, θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε αυτές τις πληροφορίες για να αξιολογήσουμε πόσο αποτελεσματική είναι μια ιατρική θεραπεία», πρόσθεσε ο ερευνητής.

Μια βασική πρόκληση στον σχεδιασμό της μάσκας ήταν η ανάγκη ψύξης και συμπύκνωσης της εκπνεόμενης αναπνοής σε υγρή κατάσταση για χημική ανάλυση. Το βήμα αυτό συνήθως εκτελείται ξεχωριστά με τη χρήση πάγου ή ψυγείων ψύξης. Για την αντιμετώπιση αυτής της πρόκλησης, η ομάδα ενσωμάτωσε ένα «παθητικό σύστημα ψύξης», χρησιμοποιώντας ψύξη με εξάτμιση υδρογέλης και ψύξη με ακτινοβολία, για την αποτελεσματική ψύξη της αναπνοής. Αυτή η καινοτόμος προσέγγιση επιτρέπει την ανάλυση των χημικών ουσιών της αναπνοής σε πραγματικό χρόνο.

«Το συμπύκνωμα της αναπνοής περιέχει διαλυτά αέρια καθώς και μη πτητικές ουσίες με τη μορφή αερολυμάτων ή σταγονιδίων, όπως μεταβολικές ουσίες, φλεγμονώδεις δείκτες και παθογόνα», εξήγησε ο Γουένζενγκ Χενγκ επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης και μεταπτυχιακός φοιτητής στο Caltech.

Μόλις η αναπνοή μετατραπεί σε υγρό, μια σειρά τριχοειδών αγγείων μεταφέρει το υγρό στους αισθητήρες για ανάλυση. «Μάθαμε από τα φυτά πώς να μεταφέρουμε το νερό. Τα φυτά χρησιμοποιούν τριχοειδείς δυνάμεις για να τραβήξουν το νερό προς τα πάνω από το έδαφος» εξήγησε ο Γκάο.

Στη συνέχεια, η μάσκα στέλνει ασύρματα τα αποτελέσματα της ανάλυσης σε μια συνδεδεμένη προσωπική συσκευή, όπως ένα smartphone, μια ταμπλέτα ή ένας υπολογιστής.

Η μάσκα ανιχνεύει βιοδείκτες με ακρίβεια

Η ομάδα αξιολόγησε τις επιδόσεις της μάσκας, εστιάζοντας κυρίως σε ασθενείς με άσθμα ή ΧΑΠ. Παρακολούθησε τα επίπεδα νιτρωδών στην αναπνοή των ασθενών – έναν δείκτη φλεγμονής στους αεραγωγούς. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η μάσκα ανιχνεύει αποτελεσματικά τον συγκεκριμένο βιοδείκτη.

Η ομάδα διερεύνησε επίσης τη χρήση της «έξυπνης» μάσκας για την παρακολούθηση των επιπέδων ουρίας του αίματος για τη διαχείριση της νεφρικής νόσου. Όταν η νεφρική λειτουργία μειώνεται, τα απόβλητα του πρωτεϊνικού μεταβολισμού, όπως η ουρία, συσσωρεύονται στο αίμα. Η ουρία διασπάται σε αμμωνία στο σάλιο, με αποτέλσμα να αυξάνονται τα επίπεδα αμμωνίου στην εκπνεόμενη αναπνοή. Σύμφωνα με τους ερευνητές, η μάσκα μπορεί να ανιχνεύσει με ακρίβεια τα αυξημένα επίπεδα αμμωνίου στην εκπνεόμενη αναπνοή. Αυτό θα μπορούσε ενδεχομένως να αποτελέσει ένα πολύτιμο εργαλείο για την παρακολούθηση της νεφρικής νόσου.

Ο επόμενος στόχος της ομάδας είναι να επεκτείνει αυτή την τεχνολογία ώστε να ενσωματώσει διαφορετικούς βιοδείκτες που μπορούν να υποδεικνύουν διάφορες καταστάσεις υγείας.

Τα ευρήματα της μελέτης  δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό «Science».

ΠΗΓΗ: Interesting Engineering