V prvej časti našej novej rubriky sme načrtli určitú víziu personalizovanej medicíny, čiže medicíny „šitej na mieru”. Dotkli sme sa pritom aj tematiky „nositeľných zariadení”, ktoré by mali umožniť kontinuálne monitorovanie základ­ných fyziologických funkcií organizmu, rozširujúc tak mož­nosti diagnostiky a sledovania zdravotného stavu pacientov v reálnom čase. Pri výbere dnešnej témy sme sa rozhodli roz­vinúť práve túto tematiku, avšak z pohľadu toho, čo nás prav­depodobne očakáva za hranicami klasických nositeľných za­riadení ako ich v súčasnosti poznáme. Znova, vzhľadom na tých čitateľov, ktorým sa nechce stráviť dni až týždne študo­vaním nudnej vedeckej literatúry, sa aj dnes odvolávame na článok písaný popularizačným štýlom. Východiskovým bo­dom je tentoraz jediný článok londýnskej reportérky časopi­su Nature Elizabeth Gibneyovej s názvom The body electric (2015; 5287580): 26-28), v ktorom sa čitatelia môžu dočítať o vybranej téme viac.

Vnímanie fyziologických funkcií nášho tela je už v súčas­nosti „vylepšované” mnohými nositeľnými zariadeniami, aký­mi sú naše smart telefóny, smart náramky alebo smart ho­dinky. Tie však majú zatiaľ jeden veľký spoločný menovateľ, všetky sú od organizmu pomerne silno izolované, predstavu­jú doslova externé zariadenia. Aktuálne sme však svedkami rozvoja, ktorý s najväčšou pravdepodobnosťou povedie k no­vým generáciám nositeľných zariadení, fungujúcim v oveľa užšom prepojení s organizmom, než sme na to doteraz zvyk­nutí. V tejto prirodzenej transformácii sa elektronika dostáva čoraz bližšie k nášmu telu, dokonca až do nášho tela, a po­maličky sa stáva jej integrálnou súčasťou.

Prvým krokom v tomto smere sú bezdrôtové senzory priľnuté k pokožke, schopné zbierať z tela informácie ako tep­lota, pulz, krvný tlak a frekvencia dýchania a odovzdať ich na hodnotenie externému zdroju. Niečo, čo si možno najlepšie vieme predstaviť ako dočasné smart tetovania. V tomto prí­pade má materiálový výskum za úlohu vytvoriť látky schopné zvládnuť biologické funkcie pokožky ako ohnutie, naťahova­nie a zdurenie. Ako príklad sa dá uviesť „epidermálna elektro­nika” vo forme flexibilných, biodegradovateľných náplastí na­podobňujúcich dočasné detské tetovania, avšak obsahujúce plejádu senzorov. Pri hrúbke približne 30 mikrometrov a plo­che asi 3,5 cm x 2cm si tu nájdu miesto zariadenia ako tep­lotný senzor, elektrokardiogramový senzor, elektromyogramový senzor, súčiastky na rádiofrekvenčnú komunikáciu, bezdrôtová zdrojová cievka, anténa, LED, tenzometer, a iné. Testované sú pritom napr. na monitorovanie vitálnych zná­mok v intenzívnej novorodeneckej starostlivosti alebo na sledovanie známok ochorenia u pacientov s Parkinsonovou chorobou. Ako zaujímavosť sa oplatí pripomenúť publikova­ný test, v ktorom takáto epidermálna elektronika „nalepená” na hrdle umožnila cez jej elektromyogramový senzor neinvazívne sledovanie svalovej aktivity počas reči. Umožnila ná­sledne rozoznať špecifické vzory limitovaného súboru slov, ktoré zase cez špeciálny algoritmus schopný rozoznať tie­to vzory umožnili hlasové ovládanie jednoduchej videohry (Sokoban). Iná pracovná skupina sa rozhodla odpútať od silikónového základu týchto elektronických zariadení a tes­tovať možnosti ponúkané organickými elektronickými ob­vodmi. Podarilo sa im dosiahnuť mikrometer tenký plastový film pomerne veľkých rozmerov, naložený senzormi, ktorý je schopný fungovať ako „elektronická pokožka” zvládajúca ohnutia a naťahovania aj v takých namáhaných oblastiach, ako sú kĺby. Predstavte si vysoko špecializované senzorické elektronické zariadenie, ktorého všetky elektronické aj sen- zorické funkcie zostanú nedotknuté aj pri pokrčení ako kus celofánového obalu zo sladkostí, pri vysokých teplotách ale­bo aj vo vodnom prostredí. Schopné je pritom zbierať úda­je, ako je teplota, vlhkosť, pulz a koncentrácia kyslíka v krvi.

Nezdá sa však, že nositeľné technológie „plánujú” zostať na povrchu tela. Z hlbších oblastí organizmu sa dajú extra­hovať ďalšie a ďalšie fyziologické informácie, čo je vlast­ne dôvodom aj toho, prečo sa lekárske vyšetrenia začínajú odberom a analýzou krvi. Týmto presunom z konvenčných nositeľných zariadení na implantovateľné však pribúdajú aj výzvy, napr. ohľadne toxicity, biokompatibility, stability, ovlá­dania a fungovania prístrojov vnútri ľudského organizmu. Te­tovanie aj v tomto prípade poslúži ako prirovnanie, tentoraz však nie v detskej „nálepkovej” forme, ale v jej trvalejšej verzii injektovanej pod kožu. Syntetické detektory, napr. vo forme karbónových nanotrubíc, zmiešané s gélovou látkou na bá­ze vody sa môžu vstreknúť pod pokožku. Tieto nanotrubice pritom môžu byť obalené polymérnymi štruktúrami špecific­ky rozpoznávajúcimi konkrétny biomarker záujmu. Ak daný biomarker z krvi interaguje s polymérnou štruktúrou, zmenia sa aj vlastnosti samotných nanotrubíc. Biochemické zmeny v krvi vedia takýmto spôsobom ovplyvniť napr. optické vlast­nosti farby tetovania, naznačujúc tak zmenu pH, hladiny oxi­du dusnatého, sodíka, glukózy alebo iných látok.

V tomto bode sa však invenčnosť nezastaví. Pracuje sa to­tiž aj na novej generácii zariadení implantovateľných hlbšie do organizmu, napr. do srdca alebo do mozgu. V týchto prí­padoch by mohli byť informácie zbierané priamo z orgánov, aj terapeutické látky podávané priamo do orgánov určenia, obchádzajúc tak nielen problém akútnych stavov, ale aj mno­hé systémové vedľajšie účinky liekov. Pod intenzívnym vý­vinom sú flexibilné elektronické senzory, založené na báze vodivých polymérov, schopné zachytiť napr. charakteristic­ké elektrické vzory mozgovej aktivity pacientov s epilepsiou alebo Parkinsonovou chorobou. Testujú sa tiež organické elektronické pumpy, schopné na základe elektrického výbo­ja uvoľniť malé nabité častice liekov zo svojich rezervoárov. S cieľom dosiahnuť lokálne elektronicky kontrolované poda­nie liečiv podľa aktuálnych potrieb pacientov sa tiež intenzív­ne testujú možnosti spojenia takýchto senzorov a iónových púmp so schopnosťou reagovať napr. na epileptický záchvat uvoľnením liečiva priamo do potrebnej časti mozgu. Podob­nej technike sa tiež venuje pozornosť s cieľom skúmať mož­nosti administrácie analgetík priamo do miechy u pacientov s chronickými neuropatickými bolesťami. Kombináciou implantovateľných senzorov so systémami administrácie lie­čiv sa niektorí vedci snažia dosiahnuť rovno uvoľňovanie te­rapeutických látok v tele, pričom tieto terapeutiká môžu byť uložené v kapsule obklopenej polymérom, schopnej reagovať na rôzne látky prítomné v prostredí. Víziou do budúcnosti je pritom možnosť automatickej detekcie symptómu ochorenia (cez konkrétny biomarker v krvi alebo iný merateľný prejav ochorenia) s následnou rýchlou a automatickou administrá­ciou terapeutickej látky nielen do krvného obehu, ale dokon­ca na konkrétne miesta určenia v rámci organizmu.

Doteraz testované iónové pumpy však majú jednu veľkú nevýhodu. Potrebujú mať vyriešené elektrické napájanie a vy­žadujú spojenie s vonkajším prostredím vo forme káblov, čo predstavuje nielen nepohodlie, ale aj potenciálny zdroj infek­cií. V prípade zariadení nachádzajúcich sa na pokožke a plyt­ko pod ňou sú tieto problémy už viac-menej vyriešené. Na zabezpečenie bezdrôtového napájania často využívajú blíz­ke magnetické polia, rádiové vlny alebo dokonca fotovoltické princípy. Pri hlbšie uložených zariadeniach však tieto sys­témy zatiaľ nefungujú. Ako jedno z možných riešení na tento problém sa navrhlo využitie konverzie pohybu tela na elek­trickú energiu, napr. vo forme využitia statickej energie generovateľnej pri nádychu a výdychu pacienta. Takýto nanogenerátor môže využívať napr. dva polymérové povrchy stlačené medzi elektródy a prepojené do obvodu. Pri nádychu a výdy­chu sa tieto povrchy zblížia a oddialia ťahajúc medzi sebou elektróny. Vzniknutý náboj vedie k toku rádovo miliampérov prúdu v obvode. Na základe účelu zariadení však aj úlohy na vyriešenie môžu byť odlišné. V niektorých prípadoch je po­trebné zabezpečiť fungovanie implantovaného prístroja na celý život pacienta, v iných je táto potreba časovo limitova­ná. Na takéto prípady sa testujú biodegradovateľné bater­ky, založené na netoxických látkach schopných rozpustiť sa v organizme.