اختراق في مراقبة الصحة الطبية: تثبيت طبي من الجيل التالي باستخدام أجهزة استشعار حيوية قابلة للارتداء تعتمد على الجسيمات النانوية

في ظل شيخوخة السكان، وانتشار الأمراض المزمنة، وتزايد عدد السكان، يمر نظام الرعاية الصحية بتحول حيوي.

الرعاية الصحية أصبحت بشكل متزايد متمحورة حول الفرد. هذا الاتجاه مدفوع بالأجهزة القابلة للارتداء، التي تسمح بالقياس المستمر للعلامات الحيوية الحرجة للتشخيص الطبي، ومراقبة حالة المرض، والصحة، والبيئة المحيطة، وتقييم السوائل البيولوجية مثل العرق، واللعاب، والدموع، والدم.

هذه الأجهزة القابلة للارتداء هي أجهزة إلكترونية محمولة تستخدم حساسات لجمع بيانات لحظية عن مختلف المعايير الفسيولوجية، مما يتيح مراقبة مستمرة لمستويات النشاط والصحة.

الأهم من ذلك، تساعد هذه المستشعرات الحيوية الأفراد العاديين على مراقبة صحتهم الخاصة من أي مكان وفي أي وقت. على وجه الخصوص، يمكن لهذه الأجهزة مساعدة المرضى المصابين بأمراض مزمنة على تقليل عدد الاستشفاءات وتوفير التكاليف. بشكل عام، يمكن للناس إدارة حياتهم وصحتهم بشكل أفضل باستخدام الأجهزة القابلة للارتداء.

في الوقت نفسه، يمكن للأطباء اكتشاف المشكلات الصحية المحتملة مبكرًا، والاستجابة فورًا، وتقديم خطط رعاية صحية مخصصة، بينما يمكن للمستشفيات توفير تكاليف المعدات.

اعتمادًا على المعايير المقاسة، يمكن أن تكون المستشعرات القابلة للارتداء من أنواع مختلفة، مثل المستشعرات البصرية، والكيميائية الكهربائية، والكهروميكانيكية، والكيميائية، والبصرية الإلكترونية. يمكن ارتداء هذه الأجهزة على جسم الإنسان أو زرعها داخله لمراقبة الإشارات البيولوجية من خلال قياسات غير غازية للعلامات الكيميائية الحيوية.

من حيث التصميم أو الفائدة، يمكن تصنيف الأجهزة القابلة للارتداء إلى عدة طرق مختلفة.

للبدء، تُركّب الأجهزة القابلة للارتداء المثبتة على المعصم (WWD) على المعصم كما يشير الاسم. الساعات الذكية أو أشرطة اللياقة هي أمثلة على هذه الأجهزة، التي تطورت من أجهزة تعتمد على مقياس التسارع الأساسي إلى الآن تشمل استشعارًا حيويًا يُستخدم كأجهزة مراقبة بشرية غير غازية.

الأساور، على وجه الخصوص، صُممت لتتبع صحة الإنسان وأنشطته اللياقية. لديها ميزات محدودة، وفي بعض الأحيان قد لا تحتوي حتى على شاشة عرض للإشعارات. Fitbit، Amazon (AMZN ) Halo Band، وHuawei Talkband B3 هي أمثلة شائعة.

الساعات أو الساعات الذكية هي واحدة من أكثر أنواع الأجهزة القابلة للارتداء شيوعًا، حيث تراقب إشارات فسيولوجية بشرية محددة والبيوميكانيكا. تستخدم حساسات وبطاريات لجمع المعلومات ونقلها إلى الهاتف الذكي للتحليل والقراءة. بعض الأمثلة الشهيرة للساعات الذكية هي Apple Watch، Samsung Galaxy Watch، وGarmin Fenix. تسمح بتتبع مقاييس مثل تخطيط القلب (ECG)، نسبة الأكسجين في الدم، SpO2، التوتر، النوم، ومعدل ضربات القلب، وغيرها.

ثم توجد الرقع لتحليل السوائل الجسدية مثل العرق ودرجة الحرارة في الوقت الحقيقي. تشمل ذلك رقع مراقبة الجلوكوز Abbott FreeStyle Libre وDexcom G7، ورقعة Gatorade Gx Sweat لتحليل تركيبة العرق وتقديم توصيات الترطيب، وTempTraq للمراقبة المستمرة لدرجة الحرارة.

إلى جانب اليدين، يُعد الرأس جزءًا آخر من الجسم تُرتدى عليه هذه الأجهزة. الأدوات المثبتة على الرأس مثل الخوذ، والنظارات، والقبعات هي أجهزة بصرية توفر إمكانات العمل بدون يد.

عند الحديث عن النظارات الذكية، رأينا مثل Ray-Ban Meta Smart Glasses، Vuzix Blade وVuzix Shield، Rokid Max، وXreal التي تقدم كاميرات مدمجة، ومكبرات صوت، وبث، وذكاء اصطناعي، وغيرها من الميزات للمجالات الصناعية، الطبية، الحوسبة، الشركات، والألعاب.

حتى الخوذ الذكية تكتسب زخمًا ليس فقط كغطاء حماية للرأس بل لتقديم خدمات ذكية من خلال دمجها مع حساسات إلكترونية، وتنبيهات، وأجهزة اتصال. كما يتم استكشاف الخوذ لعلاج الاكتئاب عن طريق نقل نبضات كهربائية ضعيفة إلى الدماغ.

الملابس الذكية أو الأقمشة الإلكترونية هي نوع آخر من الأجهزة القابلة للارتداء تستخدم موادًا ذكية تستجيب للتغييرات الميكانيكية والحرارية والكيميائية. يمكن للأقمشة الإلكترونية أيضًا أن تستشعر المحفزات الخارجية من البيئة.

في مجال الأقمشة الإلكترونية، لدينا قمصان Hexoskin الذكية التي تتعقب معدل ضربات القلب، ومعدل التنفس، والحركة للرياضيين والاستخدام الطبي. توفر هذه الملابس القابلة للغسل بيانات مستمرة عن القلب، والرئتين، والنشاط، والنوم، وتقرير تخطيط القلب، والتهوية التنفسية. تقدم Hexoskin ملابس ذكية غير غازية ومريحة للرجال والنساء والأطفال، مع ميزات إضافية مضادة للروائح وحماية من الأشعة فوق البنفسجية. من حيث التقنية، توفر ما يصل إلى أكثر من 36 ساعة من عمر البطارية، وأكثر من 100 يوم من التسجيل، واتصال بلوتوث.

إلى جانب القمصان، تصبح الجوارب، وملابس النوم، والسترات، والأحذية ذكية. لذا، فإن عالم الأجهزة القابلة للارتداء يتطور بسرعة واضحة مع تزايد أولويات الناس لصحتهم ورفاهيتهم. يُعزز هذا النمو سهولة توفر البيانات في الوقت الحقيقي، وتقدم تكنولوجيا الحساسات، وتوسيع تطبيقات الرعاية الصحية.

جسيمات نانوية قابلة للطباعة لأجهزة الاستشعار الحيوية القابلة للارتداء

بينما تقود أجهزة الاستشعار الحيوية القابلة للارتداء حدودًا جديدة في الطب الدقيق، طور باحثون من معهد كالتيك تقنية تمكّن من الإنتاج الضخم لأجهزة استشعار العرق القابلة للارتداء طويلة الأمد.

مع هذه التقنية، التي تعتمد على طباعة نفث الحبر لمصفوفات من الجسيمات النانوية الخاصة، يهدف البحث إلى معالجة تحديات قابلية التوسع في الإنتاج، وعدم استقرار التشغيل، وعدد محدود من الأهداف القابلة للكشف التي تعيق الاعتماد الواسع لأجهزة الاستشعار الحيوية القابلة للارتداء والزرعية.

تأتي الجسيمات النانوية القابلة للطباعة ذات النواة-القشرة بوظيفة مزدوجة مدمجة — غلاف بوليمر مطبع جزيئيًا للتعرف على هدف محدد، ونواة من نيكل هيكساسيانوفيريت (NiHCF) لتثبيت التحويل الكهروكيميائي.

من خلال الاستفادة من تركيبة حبر الجسيمات النانوية المُحسّنة عبر طباعة نفث الحبر، أظهر مهندسو معهد كالتيك إمكانية الإنتاج الضخم لأجهزة استشعار حيوية مرنة ومتينة يمكنها مراقبة طيف واسع من العلامات الحيوية بشكل مستمر. يشمل ذلك الأدوية، والفيتامينات، والأحماض الأمينية، والمواد الأيضية.

أظهر الفريق أيضًا فعالية هذه العلامات الحيوية في مراقبة التمثيل الغذائي القابلة للارتداء للكل creatinine، والتريبتوفان، وفيتامين C لدى الأفراد الذين يعانون من كوفيد-19 طويل الأمد.

كما استخدموا الجسيمات النانوية الجديدة بنجاح وأثبتوا فائدة العلامات الحيوية في مراقبة الأدوية العلاجية لمرضى السرطان وكذلك في نموذج فأر من خلال توفير تحليل لحظي للمثبطات المناعية مثل حمض الميفينوليك، وسايكلوفوسفاميد، وبوسولفان.

لكن هذا ليس كل ما يمكن تحقيقه بهذه التقنية.

“هناك العديد من الحالات المزمنة وعلاماتها الحيوية التي تتيح لنا هذه المستشعرات الآن إمكانية مراقبتها بشكل مستمر وغير غازي.”

– وي جاؤ، المؤلف المراسل وأستاذ الهندسة الطبية في قسم الهندسة الطبية أندرو وبيغي تشرينغ بجامعة كالتيك

وفقًا للورقة المنشورةالمنشرة¹ في مجلة Nature Materials التي تفصل التقنية، تتشكل مكعبات الجسيمات النانوية في محلول يحتوي على الجزيء المحدد، مثل فيتامين C، الذي يرغب الباحثون في تتبعه.

ثم يُحجز الجزيء المستهدف داخل الجسيمات النانوية المكعبة بينما تتجمع المونومرات تلقائيًا لتشكيل بوليمر. يُستخدم مذيب بعد ذلك لإزالة الجزيئات المستهدفة، تاركًا خلفه غلاف بوليمر مطبع جزيئيًا.

هذا الغلاف مليء بالثقوب التي تمتلك أشكالًا تتطابق تمامًا مع شكل الجزيء المستهدف، مشابهًا لكيفية تحديد الأجسام المضادة الاصطناعية لأشكال جزيئات محددة فقط.

ومن الجدير بالذكر أن الباحثين في الدراسة الجديدة يجمعون بين البوليمرات المشكّلة خصيصًا ونواة الجسيمات النانوية المصنوعة من المركب الكيميائي NiHCF. يُعرف هذا المركب بخصائصه الفريدة، التي تشمل توصيلًا كهربائيًا جيدًا، وثباتًا حراريًا عاليًا، والقدرة على خضوع تفاعلات أكسدة-اختزال عكسية، وسلوكًا مغناطيسيًا. تجعل هذه الخصائص NiHCF مادة واعدة لوسائط التخزين المغناطيسية، والتحفيز، وأجهزة تخزين الطاقة الكهروكيميائية مثل البطاريات، بالإضافة إلى المستشعرات والمستشعرات الحيوية.

والأهم من ذلك، يمكن أن يتأكسد NiHCF أيضًا تحت جهد كهربائي مطبق عندما يتلامس مع سوائل الجسم مثل العرق.

في هذه الدراسة، سيتلامس السائل مع نواة NiHCF فقط إذا كانت الثقوب ذات شكل الجزيء المستهدف غير مشغولة، مما سيولد إشارة كهربائية.

ومع ذلك، عندما تلتقي الجزيئات مع البوليمر، تنزلق إلى تلك الثقوب. هذا يمنع سوائل الجسم مثل العرق من التواصل مع النواة، مما يضعف الإشارة الكهربائية. لذا، فإن قوة الإشارة الكهربائية تكشف مقدار وجود الجزيء المستهدف، مثل فيتامين C. أوضح جاؤ:

“هذه النواة حاسمة. نواة نيكل هيكساسيانوفيريت مستقرة للغاية، حتى في السوائل الحيوية، مما يجعل هذه المستشعرات مثالية للقياس على المدى الطويل.”

الجسيمات النانوية ذات النواة-القشرة التي تم إنشاؤها مرنة للغاية. تُستخدم لطباعة مصفوفات مستشعرات تحسب كمية الهرمونات، الأحماض الأمينية، الأدوية، أو المواد الأيضية في العرق أو سوائل الجسم باستخدام عدة “حبر” من الجسيمات النانوية في مصفوفة واحدة.

على سبيل المثال، طبع الباحثون أيضًا جسيمات نانوية ترتبط بالكل creatinine، العلامة الحيوية المستخدمة عادة، لفحص كفاءة وظائف الكلى. جمع الفريق هذه الجسيمات النانوية، إلى جانب تلك التي ترتبط بفيتامين C وتلك التي ترتبط بالتريبتوفان، في مستشعر واحد، الذي تم إنتاجه ضخمًا لدراسة المرضى المصابين بكوفيد طويل الأمد.

كما تم طباعة مستشعرات قابلة للارتداء تعتمد على الجسيمات النانوية لثلاثة أدوية مضادة للسرطان محددة ولكن مختلفة على مستشعرات فردية اختبرها الباحثون في مركز أبحاث وعلاج السرطان في مدينة هوب.

وفقًا لجاؤ، الذي هو أيضًا زميل رونالد وجوان ويلنز وباحث في معهد هيريتج للأبحاث الطبية:

“من خلال إظهار إمكانات هذه التقنية، تمكنا من مراقبة كمية أدوية السرطان في الجسم عن بُعد في أي وقت.”

هذا لا يشير فقط إلى طريقة تحقيق تخصيص الجرعات للسرطان بل أيضًا للعديد من الحالات الأخرى، أضاف.

بالإضافة إلى كل ذلك، أظهر الفريق أن الجسيمات النانوية يمكن حتى استخدامها لطباعة مستشعرات قابلة للزرع تحت الجلد مباشرةً لمراقبة مستويات الدواء بدقة في الجسم.

انقر هنا لتعرف كيف يرتفع قطاع التكنولوجيا الصحية المبتكرة مع الأجهزة القابلة للارتداء المتقدمة.

الشركة الرائدة في تقنية الأجهزة القابلة للارتداء

الآن، دعونا نلقي نظرة على الاسم الأكثر بروزًا في قطاع تقنية الأجهزة القابلة للارتداء الذي يواصل تحقيق التقدم.

1. Apple

أكبر شركة في العالم من حيث القيمة السوقية التي تبلغ 3.63 تريليون دولار، تتداول أسهم Apple (AAPL ) حاليًا بسعر 241.53 دولار، بانخفاض قدره 3.55٪ منذ بداية العام. ربح السهم (TTM) هو 6.96، ونسبة السعر إلى الأرباح (TTM) هي 34.69. نسبة العائد على الأرباح التي تدفعها Apple هي 0.41٪.

انضمت Apple إلى قطاع الأجهزة القابلة للارتداء قبل أكثر من عقد من خلال إطلاق Apple Watch Series 0، الأول في السلسلة. على الرغم من أن قطاع الساعات الذكية كان مكتظًا بالفعل في ذلك الوقت، تمكنت Apple من ترسيخ وجودها رغم الدخول المتأخر.

على مر السنين، استطاعت Apple أن تستحوذ على حصة كبيرة من هذا السوق، لكن في السنوات الأخيرة شهدت انخفاضًا. في عام 2020، كانت حصتها السوقية أكثر من 34٪، وانخفضت إلى حوالي 30٪ في العام التالي.

وفقًا لـ IDC، كانت حصة Apple السوقية من الربع الأول إلى الربع الثالث من عام 2024 بنسبة 16.2٪ حيث سجلت 22.5 مليون شحنة، وهو انخفاض عن 18.4٪ في نفس الفترة من العام السابق. وبذلك، تحتل Apple الآن المرتبة الثانية بينما تتفوق Huawei بـ 23.6 مليون شحنة وتستحوذ على حصة سوقية بنسبة 16.9٪. يتبعهما Xiaomi، Samsung، وBBK. لذا، رغم أن Apple لا تزال تحتفظ بحضور قوي، إلا أنها تواجه الآن منافسة شديدة.

وسط كل ذلك، تواصل Apple العمل على تقنيتها القابلة للارتداء، مع توسيع طموحاتها في البحث الصحي لاستخدام أجهزتها في دراسة لمراقبة التغييرات في صحة المشاركين. تهدف الشركة إلى الاستفادة من الأجهزة والتطبيقات التي يستخدمها الناس يوميًا لتقييم الروابط بين الصحة النفسية والجسدية وكذلك العوامل الاجتماعية وكيفية تأثيرها على الرفاهية العامة للفرد.

هذا لمساعدتهم على تحديد الإشارات في بيانات صحة الشخص لتحديد حالة صحية محتملة. ستتوفر دراسة Apple Health في تطبيق Research، الذي ساعد الفريق على الحصول على “رؤى قيمة” لتطوير أدوات جديدة مثل Walking Steadiness على iPhone وتطبيق Vitals على Apple Watch.

في العام الماضي، بدأت الشركة أيضًا في استكشاف فكرة تطوير أجهزة قابلة للارتداء جديدة مثل النظارات الذكية، وخاتم اللياقة، وحتى AirPods مزودة بكاميرات.

تم اقتراح خاتم ذكي يُرتدى على الإصبع من قبل مجموعة التصميم قبل عدة سنوات ليأخذ ميزات تتبع الصحة من Apple Watch، ولكن مؤخرًا ناقش المهندسون إمكانية النظارات الذكية التي يمكنها توفير الصوت، واستخدام كاميرا وذكاء اصطناعي لتحديد الأشياء، وفي النهاية أن تكون منصة انطلاق لطموح Apple في إنشاء نظارات واقع معزز حقيقية يمكن ارتداؤها طوال اليوم.

كما عملت الشركة بجد على سماعات AirPods، وسماعة Vision Pro، وسماعات Beats، ومكبر صوت HomePod، وApple Watch لتعزيز أعمالها في مجال الأجهزة القابلة للارتداء.

من المثير للاهتمام، حصلت Apple على براءة اختراع لتقنية ساعة ذكية جديدة يمكنها تمكين مراقبة ضغط الدم على Apple Watch دون الاعتماد على حساسات بصرية. حاليًا، تقدم Apple Watch تطبيقات قوية مثل إشعارات معدل القلب وإيقاع غير منتظم، تاريخ AFib، تطبيق ECG، إشعارات انخفاض اللياقة القلبية، مستوى الأكسجين في الدم، واكتشاف السقوط لمساعدة الناس على عيش حياة صحية.

لكن هذا ليس كل شيء. توفر سماعات AirPods Pro 2 أيضًا وظيفة سماعات طبية متاحة دون وصفة طبية. على الرغم من أن اختبار السمع جاء بدقة مدهشة، فهو مناسب للأشخاص الذين يعانون من فقدان سمع خفيف إلى متوسط.

الآن، الصحة المالية للشركة — أبلغت Apple مؤخرًا عن النتائج المالية للربع الأول من عامها المالي 2025 الذي انتهى في 28 ديسمبر 2024. في هذا “أفضل ربع على الإطلاق”، حققت Apple إيرادات بقيمة 124.3 مليار دولار وربحًا مخففًا للسهم بقيمة 2.40 دولار، بزيادة 4٪ و10٪ على أساس سنوي على التوالي.

شملت الإيرادات 69.14 مليار دولار من هواتف iPhone، و8.99 مليار دولار من منتجات Mac، و8.09 مليار دولار من iPads، و11.75 مليار دولار من منتجات أخرى، تُسمى أيضًا Wearables، والتي تشمل مبيعات Apple Watch، AirPods، Beats، وVision Pro. شهدت فئة الأجهزة القابلة للارتداء انخفاضًا بنسبة 2٪ على أساس سنوي.

في الوقت نفسه، تم إنفاق 26.34 مليار دولار على الخدمات، التي شملت الاشتراكات، والضمانات، وصفقات الترخيص. في مكالمة الأرباح، صرح الرئيس التنفيذي تيم كوك أن الشركة لديها أكثر من مليار اشتراك. تشمل هذه الاشتراكات خدمات مثل Apple TV+ وiCloud والاشتراكات لتطبيقات الطرف الثالث عبر App Store.

كما أدت هوامش التشغيل القوية للشركة إلى رفع ربح السهم إلى مستوى قياسي جديد مع نمو مزدوج الرقم، مما مكن عملاق التكنولوجيا من إرجاع أكثر من 30 مليار دولار إلى مساهميه، مع إعلان مجلس الإدارة عن توزيع أرباح نقدية بقيمة 0.25 دولار للسهم.

وصلت قاعدة أجهزة Apple النشطة إلى مستوى قياسي جديد عبر جميع المنتجات والفئات الجغرافية. ومع ذلك، انخفضت مبيعات أجهزتها بنسبة 11.1٪ في الصين. ومع ذلك، كانت مبيعات iPhone أقوى في المناطق التي تتوفر فيها Apple Intelligence، وفقًا لكوك.

“من خلال قوة شريحة Apple silicon، نفتح إمكانيات جديدة لمستخدمينا عبر Apple Intelligence، التي تجعل التطبيقات والتجارب أفضل وأكثر شخصية.”

– كوك

لذا، تعمل Apple الآن مع Alibaba وBaidu لإضافة ميزات الذكاء الاصطناعي إلى هواتف iPhone في الصين بحلول منتصف هذا العام.

الخلاصة

تخصيص الرعاية الصحية هو مستقبل الطب. فهذا، في النهاية، يمكن أن يحسن نتائج المرضى، يقلل من عبء الأمراض، ويخفض تكاليف الرعاية الصحية، ولكن بالطبع، يعني ذلك معرفة ما يحتاجه الفرد بالضبط ثم تقديم المزيج المناسب من الأدوية، والمواد الغذائية، والمواد الأيضية.

لهذا، نحتاج أولاً إلى طريقة لقياس ومراقبة بعض العلامات الحيوية للصحة بشكل مستمر، حيث يمكن لتقنية الأجهزة القابلة للارتداء أن تكون مفيدة للغاية، كما أظهرته الدراسة الجديدة.

من خلال تطوير جسيمات نانوية ذات نواة-قشرة قابلة للطباعة، حقق الباحثون خطوة كبيرة نحو الإنتاج الضخم لأجهزة استشعار حيوية قابلة للارتداء طويلة الأمد. تنوع هذه المستشعرات، من مراقبة الحالات المزمنة إلى تخصيص جرعات الأدوية لمرضى السرطان، يفتح أبوابًا جديدة في الطب الدقيق.

يمكن لهذه التطورات التقنية أن توفر للمرضى ومقدمي الرعاية الصحية رؤى صحية مستمرة وفردية، وتقربنا من مستقبل يتم فيه دمج إدارة الصحة المخصصة والمعتمدة على البيانات بسلاسة في حياتنا اليومية!

انقر هنا للحصول على قائمة بأهم شركات تتبع الصحة القابلة للارتداء.