E-hud kan gendanne mistet følesans og opdage sygdom

Forestil dig dette: Du har ikke mærket nogen fysisk følelse længere end til dine håndled i årevis, så lægger en læge en tynd, fleksibel membran over din hånd, og som om det var magi, kan du igen mærke rislen af vand gennem fingrene.

Det kan lyde som et utroligt scenarie, men det er det ikke. Forskere overalt i Europa gør hurtige fremskridt mod udvikling af elastiske membranplastre, der efterligner den menneskelige hud enten i udseende, funktionalitet eller begge dele.

Elektronisk hud (e-hud) er kategoriseret som en ‘bærbar elektronisk enhed’ – det vil sige en smart enhed, der bæres på eller i nærheden af overfladen af huden for at høste og analysere information om bæreren.

En bedre kendt elektronisk bærbar enhed, en såkaldt wearable, er den type, der følger brugerens aktivitet og typisk registrerer bevægelse eller vibrationer for at give feedback om en brugers ydeevne. Mere avancerede bærbare elektroniske enheder indsamler også data om en persons puls og blodtryk.

Men udviklerne af e-hud stiler højere. Deres mål er at producere elastiske, robuste, fleksible membraner, der indeholder avancerede sensorer og har evnen til at helbrede sig selv. De potentielle muligheder indenfor medicin og robotteknologi er enorme.

Centralnervesystemet

Der findes allerede hudlignende membraner, der klæber til overfladen af kroppen og registrerer tryk, belastning, glidning, kraft og temperatur. Andre er udviklet til at opdage biokemiske ændringer, der signalerer sygdom. En række projekter arbejder med hud, der omslutter robotter eller proteser til mennesker, hvilket gør disse maskiner og proteser i stand til at håndtere genstande og mærke deres omgivelser med en høj grad af følsomhed. Og drømmen er selvfølgelig at udvikle e-hud, der kan være i kontakt med brugerens centralnervesystem (fx hos en person, der er lammet) og derved genoprette følsomhed, der er gået tabt på grund af sygdom eller skader.

Med projektet PepZoSkin er forskere ved Tel Aviv Universitet i Israel på en rejse, som de mener, vil gøre drømmen til realitet. Inden for et årti tror de, at kunstige hudstykker vil være tilstrækkeligt avancerede til at gøre brugerne opmærksomme på farer, som de ikke kan mærke på en naturlig måde.

– Jeg har en ven, der sidder i kørestol og ikke har nogen følelser i benene – han aner ikke, om der er spildt varm kaffe på hans ben, siger forskningsassistent dr. Sharon Gilead. – Tanken er, at et hudplaster på hans ben vil give et signal – måske et rødt lys – der kan fortælle ham, når noget er galt, og redde ham fra en alvorlig forbrænding.

– Det vil være det første skridt. Og når vi går videre med projektet, kommer vi frem til at et tyndt lag (e-hud) kan ’tale’ med nervesystemet og på den måde give personen den manglende føleevne tilbage. Selvom det stadig er langt væk, er det helt klart den retning (vi bevæger os i).

Teamet i Tel Aviv er ved at udvikle en hud, der høster og analyserer sundhedsdata uden en ekstern strømkilde. Membranen vil blive drevet takket være et fænomen kendt som piezoelektricitet. Det refererer til en elektrisk ladning, der akkumuleres i visse materialer (inklusive knogler, DNA og visse proteiner) som reaktion på anvendt mekanisk pres. Kort sagt: når du trykker selv meget forsigtigt, på en e-hud lavet af piezoelektrisk materiale, genererer den en elektrisk ladning. Hvis du tilføjer et kredsløb, kan strømmen bruges – fx kan den drive en pacemaker.

For en person med lammelse ville en spildt varm drik skabe en deformation af e-huden, som læses af huden som et mekanisk tryk, og det vil blive til et elektrisk signal. Dette signal kan så udløse et advarselslys eller en lyd.

Ikke giftigt materiale

Professor Ehud Gazit

Udfordringen lige nu er at finde piezoelektriske materialer, der ikke er giftige for kroppen. Gal Fink, ph.d.-studerende og PepZoSkin-forsker, siger: – De piezoelektriske materialer, der bruges i dag, indeholder bly, hvilket gør dem skadelige for kroppen. Vi fokuserer på biologiske molekyler og bioinspirerede molekyler (dvs. laboratoriefremstillede molekyler, der efterligner dem, der findes i kroppen).

Professor Ehud Gazit , der leder projektet, forklarer betydningen af at finde piezoelektriske materialer, der kan udvikles til sikre produkter. – Vores nuværende arbejde med de piezoelektriske peptidmaterialer vil meget snart resultere i blyfri produkter, der fungerer lige så godt som de giftige, blyfyldte produkter, der i øjeblikket er tilgængelige, dertil kommer at vores nye materialer vil være langt bedre, fordi de vil være sikre at bruge i kontakt med menneskekroppen og endda som implantater.

Prof. Gazits team forventer at nå næste stadie i deres arbejde tidligt næste år. På det tidspunkt håber de at have valgt deres organiske molekyle og optimeret det til piezoelektrisk aktivitet. Dernæst planlægger de at udvikle det til brugbare nanoenheder. De regner med, at den type enheder med tiden i vid udstrækning vil blive brugt i biologiske og medicinske applikationer, der fungerer som energitilførsel og biosensorer, der kan overføre vital information direkte fra humant væv til brugeren eller en tredjepart.

Sygdom

Biosensing er også kernen i A-Patch, et andet e-hudprojekt. Med sit team på Israel Institute of Technology (Technion) i Haifa har den videnskabelige projektleder Dr. Rotem Vishinkin udviklet et plaster baseret på en ‘skør ide’, som professor Hossam Haick, projektkoordinatoren, havde for næsten et årti siden, nemlig at infektionssygdomme kunne opdages hurtigt og pålideligt gennem huden.

– Vi havde allerede fundet en måde, hvor man kan bruge åndedrætsanalyse til at skelne mellem sygdomme, så vi troede, det kunne være muligt at bruge et plaster på huden til at ’sniffe’ til kroppen for at finde sygdomme,’ forklarer hun.

Dr. Rotem Vishinkin

Hun var især ivrig efter at finde en hurtig, ikke-invasiv måde at teste for tuberkulose (TB) – en meget smitsom sygdom, der er særlig udbredt i udviklingslande. TB rammer 10 millioner mennesker årligt og dræber 1,4 millioner. Tidlig påvisning er vigtig, da spredning af smitte kan forhindres, når diagnosen er stillet, og antibiotika er mest effektive, når infektionen er ny.

Typisk diagnosticeres TB fra det slim, som en patient hoster op, men forskning tyder på, at mange mennesker ikke er i stand til at producere den kvalitet af prøven, der er nødvendig for at give et nøjagtigt resultat. Derudover kan det tage op til to uger, før et testresultat er klar, især i fjerntliggende samfund, hvor prøver rejser over store afstande for at nå et laboratorium, hvilket giver sygdommen ekstra dage eller endda uger til at gå amok.

Målet med A-Patch er at udvikle et billigt, effektivt alternativ til slimtesten. Det ultratynde, fleksible plaster bruger kemiske sensorer til at opdage de ændringer i kroppens organiske forbindelser, der udløses, når TB-bakterien er i kroppen. Dr. Vishinkin siger, at forskning, der snart offentliggøres, finansieret af Bill and Melinda Gates Foundation, viser, at A-patch, når den bæres i en time, leverer en TB-diagnose med en nøjagtighed på 90%. Holdet håber at de kan nå frem til, at det kun er nødvendigt at have plastret på armen i fem minutter.

Et engangs A-patch vil koste mellem en og to amerikanske dollars og kræver ikke andet laboratorieudstyr end en elektronisk læser, som en læge kan bruge til at aktivere plasteret og fortolke resultaterne. Technion-teamet har allerede en industriel partner, der er specialiseret i diagnostiske apparater, som kan hjælpe med at bringe produktet på markedet. Dr. Vishinkin håber, at en pålidelig test vil blive rullet ud inden for de næste par år.

– Vi regner med, at der vil være en efterspørgsel på 71 millioner tests om året, siger hun. – Og fordi et plaster kan bruges hjemme, behøver du ikke bekymre dig om stigmatiseringen ved at gå til en TB-klinik for at blive testet. Det betyder, at folk vil være mere villige til at træde frem.

De nøjagtige metoder til overførsel af resultater fra plasteret til læseren er stadig ved at blive udarbejdet. – Vi har partnere inden for elektroniske kredsløb, sensorer og dataanalyse, der hjælper os med de dele af projektet, siger Dr. Vishinkin.

Dr. Vishinkin regner med fremadrettet at udvikle et plaster, der er til længerevarende brug, så man fx kan overvåge effektiviteten af en TB-behandling over et antal uger. Der er dog stor risiko for, at et plaster bliver revet eller på anden måde beskadiget ved langvarig brug, hvilket gør det ineffektivt. For at mindske denne risiko har projektets forskere udviklet en mekanisme til patch-selvreparation, som gør det muligt for matrixen af peptidbindinger i en membran at gendanne e-huden, når der sker en skade.

– Hver dag bringer os tættere på vores mål om at skabe et hurtigt, pålideligt, simpelt diagnostisk værktøj til tuberkulose, siger Dr. Vishinkin. – Og vi stopper ikke her. Vi vil skabe en platform til påvisning af sygdomme, ikke kun et værktøj til en bestemt sygdom. Vi kan nemt bruge vores forskning til Covid-19 fremadrettet.

Denne artikel er oprindeligt trykt i Horizon, the EU Research and Innovation magazine.

Denne uge:

E-hud kan gendanne mistet følesans og opdage sygdom

Forestil dig dette: Du har ikke mærket nogen fysisk følelse længere end til dine håndled i årevis, så lægger en læge en tynd, fleksibel membran over din hånd, og som om det var magi, kan du igen mærke rislen af vand gennem fingrene.

Det kan lyde som et utroligt scenarie, men det er det ikke. Forskere overalt i Europa gør hurtige fremskridt mod udvikling af elastiske membranplastre, der efterligner den menneskelige hud enten i udseende, funktionalitet eller begge dele.

Elektronisk hud (e-hud) er kategoriseret som en ‘bærbar elektronisk enhed’ – det vil sige en smart enhed, der bæres på eller i nærheden af overfladen af huden for at høste og analysere information om bæreren.

En bedre kendt elektronisk bærbar enhed, en såkaldt wearable, er den type, der følger brugerens aktivitet og typisk registrerer bevægelse eller vibrationer for at give feedback om en brugers ydeevne. Mere avancerede bærbare elektroniske enheder indsamler også data om en persons puls og blodtryk.

Men udviklerne af e-hud stiler højere. Deres mål er at producere elastiske, robuste, fleksible membraner, der indeholder avancerede sensorer og har evnen til at helbrede sig selv. De potentielle muligheder indenfor medicin og robotteknologi er enorme.

Centralnervesystemet

Der findes allerede hudlignende membraner, der klæber til overfladen af kroppen og registrerer tryk, belastning, glidning, kraft og temperatur. Andre er udviklet til at opdage biokemiske ændringer, der signalerer sygdom. En række projekter arbejder med hud, der omslutter robotter eller proteser til mennesker, hvilket gør disse maskiner og proteser i stand til at håndtere genstande og mærke deres omgivelser med en høj grad af følsomhed. Og drømmen er selvfølgelig at udvikle e-hud, der kan være i kontakt med brugerens centralnervesystem (fx hos en person, der er lammet) og derved genoprette følsomhed, der er gået tabt på grund af sygdom eller skader.

Med projektet PepZoSkin er forskere ved Tel Aviv Universitet i Israel på en rejse, som de mener, vil gøre drømmen til realitet. Inden for et årti tror de, at kunstige hudstykker vil være tilstrækkeligt avancerede til at gøre brugerne opmærksomme på farer, som de ikke kan mærke på en naturlig måde.

– Jeg har en ven, der sidder i kørestol og ikke har nogen følelser i benene – han aner ikke, om der er spildt varm kaffe på hans ben, siger forskningsassistent dr. Sharon Gilead. – Tanken er, at et hudplaster på hans ben vil give et signal – måske et rødt lys – der kan fortælle ham, når noget er galt, og redde ham fra en alvorlig forbrænding.

– Det vil være det første skridt. Og når vi går videre med projektet, kommer vi frem til at et tyndt lag (e-hud) kan ’tale’ med nervesystemet og på den måde give personen den manglende føleevne tilbage. Selvom det stadig er langt væk, er det helt klart den retning (vi bevæger os i).

Teamet i Tel Aviv er ved at udvikle en hud, der høster og analyserer sundhedsdata uden en ekstern strømkilde. Membranen vil blive drevet takket være et fænomen kendt som piezoelektricitet. Det refererer til en elektrisk ladning, der akkumuleres i visse materialer (inklusive knogler, DNA og visse proteiner) som reaktion på anvendt mekanisk pres. Kort sagt: når du trykker selv meget forsigtigt, på en e-hud lavet af piezoelektrisk materiale, genererer den en elektrisk ladning. Hvis du tilføjer et kredsløb, kan strømmen bruges – fx kan den drive en pacemaker.

For en person med lammelse ville en spildt varm drik skabe en deformation af e-huden, som læses af huden som et mekanisk tryk, og det vil blive til et elektrisk signal. Dette signal kan så udløse et advarselslys eller en lyd.

Ikke giftigt materiale

Professor Ehud Gazit

Udfordringen lige nu er at finde piezoelektriske materialer, der ikke er giftige for kroppen. Gal Fink, ph.d.-studerende og PepZoSkin-forsker, siger: – De piezoelektriske materialer, der bruges i dag, indeholder bly, hvilket gør dem skadelige for kroppen. Vi fokuserer på biologiske molekyler og bioinspirerede molekyler (dvs. laboratoriefremstillede molekyler, der efterligner dem, der findes i kroppen).

Professor Ehud Gazit , der leder projektet, forklarer betydningen af at finde piezoelektriske materialer, der kan udvikles til sikre produkter. – Vores nuværende arbejde med de piezoelektriske peptidmaterialer vil meget snart resultere i blyfri produkter, der fungerer lige så godt som de giftige, blyfyldte produkter, der i øjeblikket er tilgængelige, dertil kommer at vores nye materialer vil være langt bedre, fordi de vil være sikre at bruge i kontakt med menneskekroppen og endda som implantater.

Prof. Gazits team forventer at nå næste stadie i deres arbejde tidligt næste år. På det tidspunkt håber de at have valgt deres organiske molekyle og optimeret det til piezoelektrisk aktivitet. Dernæst planlægger de at udvikle det til brugbare nanoenheder. De regner med, at den type enheder med tiden i vid udstrækning vil blive brugt i biologiske og medicinske applikationer, der fungerer som energitilførsel og biosensorer, der kan overføre vital information direkte fra humant væv til brugeren eller en tredjepart.

Sygdom

Biosensing er også kernen i A-Patch, et andet e-hudprojekt. Med sit team på Israel Institute of Technology (Technion) i Haifa har den videnskabelige projektleder Dr. Rotem Vishinkin udviklet et plaster baseret på en ‘skør ide’, som professor Hossam Haick, projektkoordinatoren, havde for næsten et årti siden, nemlig at infektionssygdomme kunne opdages hurtigt og pålideligt gennem huden.

– Vi havde allerede fundet en måde, hvor man kan bruge åndedrætsanalyse til at skelne mellem sygdomme, så vi troede, det kunne være muligt at bruge et plaster på huden til at ’sniffe’ til kroppen for at finde sygdomme,’ forklarer hun.

Dr. Rotem Vishinkin

Hun var især ivrig efter at finde en hurtig, ikke-invasiv måde at teste for tuberkulose (TB) – en meget smitsom sygdom, der er særlig udbredt i udviklingslande. TB rammer 10 millioner mennesker årligt og dræber 1,4 millioner. Tidlig påvisning er vigtig, da spredning af smitte kan forhindres, når diagnosen er stillet, og antibiotika er mest effektive, når infektionen er ny.

Typisk diagnosticeres TB fra det slim, som en patient hoster op, men forskning tyder på, at mange mennesker ikke er i stand til at producere den kvalitet af prøven, der er nødvendig for at give et nøjagtigt resultat. Derudover kan det tage op til to uger, før et testresultat er klar, især i fjerntliggende samfund, hvor prøver rejser over store afstande for at nå et laboratorium, hvilket giver sygdommen ekstra dage eller endda uger til at gå amok.

Målet med A-Patch er at udvikle et billigt, effektivt alternativ til slimtesten. Det ultratynde, fleksible plaster bruger kemiske sensorer til at opdage de ændringer i kroppens organiske forbindelser, der udløses, når TB-bakterien er i kroppen. Dr. Vishinkin siger, at forskning, der snart offentliggøres, finansieret af Bill and Melinda Gates Foundation, viser, at A-patch, når den bæres i en time, leverer en TB-diagnose med en nøjagtighed på 90%. Holdet håber at de kan nå frem til, at det kun er nødvendigt at have plastret på armen i fem minutter.

Et engangs A-patch vil koste mellem en og to amerikanske dollars og kræver ikke andet laboratorieudstyr end en elektronisk læser, som en læge kan bruge til at aktivere plasteret og fortolke resultaterne. Technion-teamet har allerede en industriel partner, der er specialiseret i diagnostiske apparater, som kan hjælpe med at bringe produktet på markedet. Dr. Vishinkin håber, at en pålidelig test vil blive rullet ud inden for de næste par år.

– Vi regner med, at der vil være en efterspørgsel på 71 millioner tests om året, siger hun. – Og fordi et plaster kan bruges hjemme, behøver du ikke bekymre dig om stigmatiseringen ved at gå til en TB-klinik for at blive testet. Det betyder, at folk vil være mere villige til at træde frem.

De nøjagtige metoder til overførsel af resultater fra plasteret til læseren er stadig ved at blive udarbejdet. – Vi har partnere inden for elektroniske kredsløb, sensorer og dataanalyse, der hjælper os med de dele af projektet, siger Dr. Vishinkin.

Dr. Vishinkin regner med fremadrettet at udvikle et plaster, der er til længerevarende brug, så man fx kan overvåge effektiviteten af en TB-behandling over et antal uger. Der er dog stor risiko for, at et plaster bliver revet eller på anden måde beskadiget ved langvarig brug, hvilket gør det ineffektivt. For at mindske denne risiko har projektets forskere udviklet en mekanisme til patch-selvreparation, som gør det muligt for matrixen af peptidbindinger i en membran at gendanne e-huden, når der sker en skade.

– Hver dag bringer os tættere på vores mål om at skabe et hurtigt, pålideligt, simpelt diagnostisk værktøj til tuberkulose, siger Dr. Vishinkin. – Og vi stopper ikke her. Vi vil skabe en platform til påvisning af sygdomme, ikke kun et værktøj til en bestemt sygdom. Vi kan nemt bruge vores forskning til Covid-19 fremadrettet.

Denne artikel er oprindeligt trykt i Horizon, the EU Research and Innovation magazine.

Log ind

Opret kundekonto

Dine personlige data vil blive anvendt til at understøtte din brugeroplevelse,, til at administrere adgang til din konto, og til andre formål, som er beskrevet i vores persondatapolitik.

Ja tak, jeg vil gerne have et gratis prøveabonnement og adgang til alle artikler

Enkelt abonnement


Abonnement

30 dages gratis prøveperiode. Herefter 49,00 DKK per måned. Dit abonnement bliver fornyet automatisk, når prøveperioden udløber. Du kan opsige abonnementet når du vil.

30 dages gratis prøveperiode. Herefter 49,00 DKK per måned

Varenummer (SKU): 40000 Varekategori:

Gruppeabonnement


Gruppeabonnement

Dit abonnement bliver fornyet automatisk, når prøveperioden udløber. Du kan opsige abonnementet når du vil.

30 dages gratis prøveperiode. Herefter Fra: 39,00 DKK per måned per medlem

Fra 5102550
Clear

Gruppemedlemmer:

Varenummer (SKU): 30000 Varekategori:

Gavekort


Tilbud

Gavekort

Gavekortet modtages som kode via e-mail og kan frit gives væk. Den første måned er stadig gratis ved brug af gavekort.

90,00 DKK120,00 DKK

3 måneder4 måneder
Ryd

Varenummer (SKU): N/A Varekategori: