Mikroenhet för trådlös detektion av cellulär fluorescens
- Diarienummer
- RMX18-0066
- Start- och slutdatum
- 200101-251231
- Beviljat belopp
- 32 962 368 kr
- Förvaltande organisation
- Karolinska Institutet
- Forskningsområde
- Bioteknik, medicinsk teknik och teknik för livsvetenskaperna
Summary
Det långsiktiga målet är att utveckla ett implanterbart miniatyriserat trådlöst sensorsystem avsett för dynamisk hälsoövervakning hos diabetiker och pre-diabetiker. Målet för det femåriga projektet är att utveckla den tekniska plattform som krävs för systemet, samt att utvärdera detta in vivo på djurmodeller. Systemet har till uppgift att avläsa funktionen i pankreatiska cellöar efter att genetiskt uttryckta fluorescerande biosensorer uttryckts i dess celler. En sådan enstaka pankreatisk cellö kommer att integreras med ett miniatyriserat mikrochip som läser av biosensorernas fluorescenssignal in vivo. Arbetsplanen inkluderar utveckling av en biokompatibel inneslutning av systemet som även ska kombineras med en pankreatisk cellö på ett sätt som tillåter vaskularisering och innervering. Därigenom kan ön integreras naturligt och långsiktigt med kroppen. Ett initialt steg kommer att vara utveckling av en trådbunden prototyp för utvärdering av komponenter för excitation och detektion av den fluorescerande sensorsignalen, liksom optimering av systemets konstruktion och funktion. En effektsnål integrerad krets för styrning av systemet kommer att utvecklas, liksom tekniska lösningar för trådlös energiöverföring och trådlös dataöverföring. Som slutmål kommer den integrerade trådlösa enheten att färdigställas och utvärderas in vivo. Projektet förväntas generera signifikanta och avgörande resultat inom alla dessa delprojekt.
Populärvetenskaplig beskrivning
Vårt långsiktiga mål är att utveckla en mycket liten enhet som kan transplanteras till diabetiker för att mäta insulinproducerande cellers funktion i realtid, vilket är en viktig parameter speciellt för vård av diabetiker och pre-diabetiker. Idag mäts dessa cellers funktion genom en speciell undersökning på klinik (ett glukostoleranstest) som endast utförs på vissa patienter med en 2-timmars-procedur, vilket gör att denna parameter i praktiken mäts alltför sällan för en adekvat behandling. Tekniskt sett vill vi därför utveckla en enhet som kopplas till cellklumpar (pankreatiska cellöar) och transplanteras in i kroppen tillsammans med dessa. Cellklumparna kommer efter en tid att få nybildade blodkärl, vilket ansluter cellerna till blodet och därmed integreras dessa med kroppen. Cellklumparna kommer att förses med speciella proteiner som är fluorescerande och med hjälp av dessa kan man mäta t.ex. förändringar av koncentrationen av obundet kalcium i cellerna, vilket återspeglar deras funktion och avgör om de är effektiva. Enheten som kopplas till cellerna kommer att vara utrustad med en ljuskälla och en detektor för att mäta cellernas fluorescens. Dessutom kommer enheten att innehålla en mycket energisnål elektronisk integrerad krets för att kontrollera ljus, detektion och dataöverföring. Avsikten är att enheten i slutändan ska fungera helt trådlöst, d.v.s. att den ska kunna styras, överföra data och få energi helt utan trådanslutningar. Initialt kommer en trådbunden prototyp att utvecklas för att testa funktion och design av enheten innan man går vidare. Tekniken för trådlös energiöverföring kommer att utvecklas parallellt för att så småningom kunna energiförsörja systemet. En utmaning med att transplantera en främmande enhet till kroppen är att kroppen kan kapsla in denna eller reagera på andra oönskade sätt. Därför ingår det som en viktig del av projektet att utprova teknik och material som kan användas för att enheten och cellklumparna ska integreras med kroppen på bästa sätt. Slutmålet för det 5-åriga projektet är att tillverka en trådlös enhet och visa att vi kan använda den efter transplantation för att mäta kalcium i de insulinproducerande cellerna. För detta projekt krävs spetskompetenser inom flera dicipliner, varför vi initierat ett multidiciplinärt samarbete mellan forskare på de tre svenska universiteten Karolinska Institutet, Kungliga Tekniska Högskolan samt Linköpings Universitet.