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科学家如何用手机帮助我们诊治疾病?

来源:本站原创 2018-04-30 14:16

2018年4月30日讯 /生物谷BIOON /——手机已经是当下每个人不可或缺的必需品,我们通过手机上网、聊天、购物、了解生物谷最新资讯、甚至是工作等,手机已然有成为人类“新器官”的趋势。当我们快乐地玩着手机的时候,科学家们也没闲着,这么一个24小时不离身的工具,兴许是一个不错的医疗工具选择,科学家们正在不断开发手机新应用,以帮助人们诊断或者解决健康问题。本文中,小编为大家整理了科学家利用手机进行疾病诊断的最新研究进展,分享给大家。

【1】Biosens Bioelectron:首次开发出手机版本的ELISA技术,可现场获得测试结果

DOI:10.1016/j.bios.2017.12.033


获得并分析血液和尿液的过程是成本高昂的和耗时的,这一情形可能很快就会得到重大的改进。如今,在一项新的研究中,来自美国南佛罗里达大学坦帕分校的研究人员开发出“酶联免疫吸附测定(ELISA)”的手机版本---,其中ELISA是用来检测抗体或抗原存在的一种金标0.准技术。这种新的基于手机的技术--- MELISA(Mobile phone based ELISA)---无需将患者送到实验室,就允许在医生的办公室、诊所甚至是偏远地区进行相同的测试。相关研究结果于近日发表在Biosensors and Bioelectronics期刊上,论文标题为“Mobile phone based ELISA”。

论文通信作者、南佛罗里达大学工程学院助理教授Anna Pyayt博士说,“ELISA是一种重要的对蛋白和激素进行生化分析的技术,在对HIV和莱姆病等许多疾病的诊断中起着至关重要的作用。但是,这种技术中用于孵育和读取的机器是价格昂贵的,而且它们的体积较大。MELISA可让患者在即时检测中接受测试并获得结果。”

MELISA能够准确地测量黄体酮水平,其中黄体酮是一种影响女性生育能力的重要激素,也是某些癌症的一种生物标志物。MELISA包括一个水浴加热器,这个水浴加热器能够在目标温度下对样品进行孵育,并利用手机拍摄的图像对它们进行分析。它利用颜色分析确定每种样品的RGB(红,绿,蓝)颜色组分。鉴于蓝色组分对黄体酮浓度变化比较敏感,它被用于进一步分析。

Pyayt说,“它旨在让生物医学检测变得简单和负担得起。当低成本检测能够与日常的门诊随访相结合在一起时,这将极大地改善医疗保健质量,并且更早地检测令人担忧的苗头。”

这种便携式MELISA设备仅重一磅,这将显著地给患有慢性疾病的老年病人和世界各地的患者带来方便。Pyayt和她的团队如今对MELISA设备进行校正,以便对睾酮等重要物质进行一系列测试。一旦有了这些结果,他们将向美国食品药品管理局(FDA)提交申请,这样诊所就能够开始使用这种设备了。

【2】Sci Transl Med:利用简单的智能手机app有望准确测定血压!

DOI: 10.1126/scitranslmed.aap8674


试想一下,在不久的将来,一种简单的手指触碰智能手机就能为你提供即时、准确的血压读数,近日,一项刊登在国际杂志Science Translational Medicine上的研究报告中,来自密歇根州立大学的研究人员就在文章中描述了这项新技术,文章中,研究人员开发了一种特殊的智能手机,这种手机中在力传感器顶部嵌入了一种光学传感器,能利用高科技3D打印技术来监测人体相关数据。

当用户将手指按压到传感器上时,这种智能手机就能以类似于袖带血压测定的方法来测定用户手指动脉的血压,随后这些信息就会被反馈至智能手机的app,同时app就会将数据转化成为实时的血压读数,并显示在手机屏幕上。研究人员对30名用户进行测试来检测这种智能手机的可用性,结果发现,90%的用户能准确地将手指置于屏幕上,同时仅尝试一两次后就能够获得具有一致性的血压读数。

心脏病专家认为这种新型设备未来有望改变当前血压的检测手段,Joseph Diamond博士表示,一种准确的血压测定技术对于高血压管理及决策制定至关重要,在任何新型血压测定技术成为标准化技术之前都需要进行大量严格的检测。研究者Rachel Bond说道,最近美国心脏协会血压指南的变化(将高血压的门槛降低至130/80 mmHg)意味着很多人都需要一些便携式的血压监测设备。

然而,随着任何便携式设备的普及和使用,研究人员依然鼓励患者能够到医生办公室进行准确的血压检测和确认,这对于疾病的管理和决策制定或许非常重要,后期研究中研究人员还需要对更多用户进行检测了证明本文所开发的血压测定设备的有效性,本文研究由美国国立卫生研究院提供资助。

【3】Nature:强!利用智能手机计算步数揭示肥胖线索

DOI:10.1038/nature23018


在一项新的研究中,来自美国斯坦福大学的研究人员利用智能手机追踪全球数十万人的活动水平,取得一项有趣的发现:在肥胖很少的国家,人们通常每天行走相类似数量的步数。但是经常行走的人与很少行走的那些人之间存在的较大差距与更高水平的肥胖相一致。相关研究结果于近日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Large-scale physical activity data reveal worldwide activity inequality”。

这项突破性的研究利用智能手机捕捉到的数据分析来自111个国家的71.7万名男性和女性的活动习惯,这些人的行走步数被研究了平均95天。智能手机装备着被称作加速计的微型传感器,这些加速计能够自动地记录行走步数。这些研究人员利用Azumio Argus应用程序(app)获得用于这项研究的数据,这种应用程序可追踪体力活动和其他的健康行为。它让这些数据保持匿名,但会提供关键的健康方面的人口统计数据:年龄、性别、身高和体重。最后面的两项数据能够让这些研究人员计算每个人的身体质量指数(BMI)。这些发现最为仰仗来自46个国家的数据,在这些国家,这种应用程序提供给至少1千名用户的数据,从而足以成为开展统计学上有效推论的基础。这项分析披露了体力活动不平等、性别-活动差距和肥胖水平之间存在比较强的关联性。

论文第一作者、计算机科学博士研究生Tim Althoff说,“比如,瑞典已是活动富人和活动穷人之间差距最小的国家之一,并且在男性行走步数和女性行走步数之间存在最小的差距。它也是肥胖水平最低的国家之一。”与此同时,美国在整体活动不平等上排名倒数第四,这表明活动富人和活动穷人之间存在较大的差距。它在性别步数差距上排名倒数第五,而且它具有比较高的肥胖水平。

这项研究的技术之星是越来越普遍的智能手机。如今,在发达国家,将近70%的成年人携带智能手机;在发展中国家,这一数字接近于50%。Delp说,“这就为在更大的规模上以新的方式开展科学研究打开大门。”但是利用智能手机开展这种类型的研究并非是比较容易的。Leskovec说,“这种方法是如此之新以至于审稿人初始时心存疑虑。”但是强有力的数据和严密的计算方法最终证实了这种新方法的有效性。如今,鉴于智能手机适合开展这种类型的研究,这些研究人员正在寻找利用这种工具的新方法。

【4】Sci Trans Med:智能手机也能控制糖尿病

DOI: 10.1126/scitranslmed.aal2298


2017年4月28日 生物谷BIOON/---最近一项包括多个中国研究所在内的研究,成功地开发出了一种基于智能手机与工程化细胞控制小鼠血糖水平的设备。根据他们发表在《Science Translational Medicine》杂志上的研究结果,研究者们描述了他们的方法在小鼠水平的测试效果。

全球范围内有数百万的人们患有糖尿病,其中又有许多人需要注射胰岛素维持体内血糖的正常水平。这一疗法通常需要定期地抽取患者的血液样本并随时监测血糖的水平。虽然这一疗法有一定的疗效,但并不是最佳的解决方法,主要原因是这一检测步骤十分地不方便,而且检测结果也常常不准确。因此,在最近的这项研究中,研究者们则开发出了一种封闭的系统,能够随时检测体内的血糖水平,并给予胰岛素的补充。

这一项包括中国科学家们在内的研究是通过将分泌胰岛素的细胞进行工程化修饰,从而能够受到光照的刺激进行胰岛素的分泌。之后,他们将装有这一工程化细胞的装置植入小鼠体内,并通过智能手机APP调控光线的开启与关闭。此外,智能手机能够收集体内探测器检测到的血糖数据,通过分析数据,app能够自动地决定何时需要注射胰岛素,以及胰岛素的分泌水平。

研究者们在小鼠水平进行了长达数周的检测,结果表明这一系统能够成功地维持小鼠体内的血糖水平。他们认为这一工作能够为人类的糖尿病治疗提供新的思路。

【5】Science子刊:利用智能手机自动化诊断男性不育,准确率高达98%

DOI:10.1126/scitranslmed.aai7863


全世界有4.5千万多对夫妻努力解决不育不孕,但是当前诊断男性不育的标准方法是昂贵的,费力的,而且需要在临床环境中进行测试。文化歧视和社会歧视,以及在资源有限的国家中测试方法的缺乏,可能阻止男性接受不育评估。如今,在一项新的研究中,来自美国布莱根妇女医院(BHW)和麻省总医院(MGH)的研究人员着手开发出一种可在家进行的诊断方法:利用一种基于智能手机的分析仪,这种测试方法能够被用来测量精液质量。他们指出这种基于智能手机的精液分析仪能够依据精子浓度和活力策略鉴定出异常的精液样品,准确率大约为98%。相关研究结果发表在Science Translational Medicine期刊上,论文标题为“An automated smartphone-based diagnostic assay for point-of-care semen analysis”。

这种分析仪由一种光学附件和一种一次性微芯片组成。这种附件能够连接到一台智能手机上。精液样品能够被装载在这种微芯片上。这种微芯片具有一个毛细管尖端和一个橡胶球,被用来简单地和无需动力地处理精液样品。Shafiee和他的团队也设计出一种用户友好的智能手机应用程序和一种微型称重计。这种应用程序指导用户完成每个测试步骤。这种微型称重计无线地连接到智能手机上来测量精子总数。

为了评估这种分析仪,Shafiee团队在MGH生殖中心收集和研究了350种临床精液样品。整体而言,这种基于智能手机的分析仪能够基于世界卫生组织(WHO)制定的精子浓度和活力标准检测异常的精液样品(精子浓度<1.5万个精子/ml和/或精子活力<40%),检测准确性为98%。该团队也评估了接受培训的和未接受培训的用户如何好地利用这种基于智能手机的分析仪开展测试。

论文共同作者、MGH生殖中心主任John Petrozza博士说,“将即时精子测试带给用户或具有有限资源的卫生机构会真正引发医学变革。40%以上的不育不孕夫妻因精子异常而很难怀孕。这种测试方法将使得他们更快地和更好地治疗生育治疗。通过与Shafiee博士和他的实验室合作和利用我们在MGH的临床生育技能,我们真正地能够开发出一种将有利于很多人的产品。”

Shafiee团队预计这种技术具有很多应用。除了试图怀孕的夫妻在家进行男性不育测试之外,这种分析仪也能够被已接受输精管切除术的男性使用。通常而言,男性必须在接受这种外科手术几个月后去访问泌尿科医生,以便确保这种手术取得成功;这种新的测试方法可能允许他们在家进行测试。这种测试方法也被动物培育者用来验证精液样品的生殖力。除了精液分析之外,这种分析仪也能够被用来测试血液样品和唾液样品。Shafiee期待在不久的未来探究这些应用。(生物谷Bioon.com)

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