可穿戴傳感器已取得顯著的進步，使個性化醫療和實時疾病管理成為可能。然而，由于缺乏能夠檢測小生物分子的成熟技術，目前的數字醫療僅限于某些疾病，例如糖尿病。盡管慢性腎病（CKD）的早期檢測在預防危及生命的終末期腎病方面具有重要意義，但用于慢性腎病監測的可穿戴傳感器的開發仍處于早期階段。
據麥姆斯咨詢報道，近日，韓國仁川國立大學（Incheon National University）的研究人員提出了一種用于無創、連續慢性腎病監測的可穿戴數字醫療概念，討論了最佳的生物流體、生物標志物和生物受體，以創建一個可穿戴的慢性腎病傳感平臺，并洞察該技術面臨的潛在挑戰和機遇。相關研究成果以“Wearable sensors for monitoring chronic kidney disease”為題發表在Communications Materials期刊上。
在可穿戴慢性腎病監測的設想中，集成到腕帶或貼片中的化學傳感器將通過汗液或間質液（ISF）同時選擇性地測量一系列慢性腎病生物標志物（例如肌酐、尿素和胱抑素C）。具體來說，附著在皮膚上的傳感器將持續監測生物標志物的濃度，檢測結果與基線水平的偏差可以作為“指紋”進行識別，從而實現慢性腎病的自主和早期診斷以及有效管理。
用于慢性腎病監測的可穿戴數字醫療概念
眾所周知，間質液和汗液是連續監測生物標志物的便捷平臺，但也有其自身的挑戰，例如，難以獲得間質液和連續收集汗液。盡管存在這些挑戰，但是，間質液和汗液似乎是最佳選擇，因為它們可以通過微針或連續的化學刺激在身體的方便位置使用可穿戴貼片。
估算腎小球濾過率（eGFR）（基于肌酐水平）、血尿素氮（BUN）和尿白蛋白與肌酐比值（UACR）通常被用作臨床慢性腎病診斷的生物標志物。胱抑素C已被確定為eGFR的內源性生物標志物，因為其濃度不依賴于包括肌肉質量在內的其它因素。對于可穿戴胱抑素C傳感器的開發，考慮到其相對豐度，間質液將是作為目標生物流體的最佳選擇。鑒于血液中的生物標志物濃度在汗液和間質液中往往會降低，因此需要確認可穿戴設備生物流體中的分析物水平與血液水平之間存在良好的相關性，然后提取每個生物標志物的轉換因子。這將為可用于慢性腎病監測的可穿戴傳感器推向臨床市場提供機會。
由于肌酐生物傳感在慢性腎病監測中得到了最廣泛的研究，因此研究人員概述了當前最先進的傳感技術，重點介紹肌酐傳感器。肌酐分子可以直接檢測，而無需化學轉化。這種傳感方法基于抗體或分子印跡聚合物（MIP）的親合力檢測。直接檢測肌酐的另一項關鍵技術是利用銅-肌酐相互作用。兩種技術的結合（即MIP和銅-肌酐相互作用）也可通過使用涂有CuO納米顆粒（NP）的MIP進行。
慢性腎病監測的候選生物受體
關于用于檢測慢性腎病生物標志物的可穿戴傳感器，已經有兩篇關注量很高的論文。其中之一是與微流體系統集成的比色可穿戴貼片，可以同時測量肌酐和尿素以及出汗率。雖然這項工作提供了一個概念證明，即可以通過汗液無創監測慢性腎病生物標志物，但這種可穿戴貼片不能提供連續監測，因為需要某些活動來收集汗液。另一種是用于即時檢測的基于間質液的胱抑素C傳感器，其通過微針貼片收集間質液，然后通過胱抑素C免疫測定進行慢性腎病診斷。通過將某些生物受體（選擇性地與胱抑素C反應）涂覆在微針上，然后將其插入真皮中以連續接觸間質液，可以實現胱抑素C的連續監測，就像雅培Freestyle Libre傳感器這樣的連續血糖監測（CGM）系統一樣。
最先進的可穿戴生物傳感器技術
總而言之，用于腎臟健康監測的可穿戴生物電子技術的進步將對醫療和產業界產生重大影響。例如，這一突破為患有慢性腎病或易患腎衰竭的個人提供個性化、預測性和最終預防性的醫療保健具有巨大潛力。此外，這種可穿戴平臺可以最大限度地減少對活檢等侵入性手術的需求，并通過及時干預來改善治療結果。這不僅可以改善患者的整體健康狀況，還可以減少對急性治療和住院的需求，從而減輕醫療系統的負擔。
為了將可穿戴技術市場化，低成本制造可穿戴傳感器至關重要。它們可以通過可擴展的增材制造技術（例如，噴墨/絲網印刷或卷對卷印刷）和激光雕刻技術以低成本制造。此外，由于汗液和間質液在臨床環境中很少使用，因此在分析可穿戴傳感器的患者數據時，沒有現成的數據庫可供參考。因此，在臨床使用可穿戴傳感器之前，必須先收集這樣的數據庫。此外，為了實現慢性腎病的預防保健，醫生、醫療保健提供者和生物電子學和大數據/機器學習專家之間需要進行跨學科合作。最后，在開發平臺的同時，必須考慮倫理和數據隱私問題，這將有助于完善數字醫療的法律環境。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s43246-024-00606-0
延伸閱讀：
《可穿戴技術及市場-2023版》
《可穿戴傳感器技術及市場-2022版》
《即時診斷應用的生物傳感器技術及市場-2022版》
