تكنولوجيا الصحة
مستشعرات العرق تقرّب مراقبة التهاب المفاصل من المنزل
أضف Securities.io إلى مصادرك المفضلة على Google
مع تطور التكنولوجيا الطبية، يظل السعي إلى تشخيصات أدق وأقل تدخلاً هدفاً دائماً. فعلى سبيل المثال، أتاحت الأشعة السينية الأولى، ثم الموجات فوق الصوتية والتصوير بالرنين المغناطيسي وتقنيات التصوير الأخرى، كشف الإصابات وغيرها من المشكلات وتقييمها من دون أي تدخل جراحي. وبالمثل، عندما تستلزم الحالة عادةً فحص ما داخل الجسم، يمكن الآن الاستعانة بفتحة صغيرة جداً وكاميرا مرنة بدلاً من الجراحة الأشد تدخلاً.
ومن الاتجاهات الأخرى التحليل الكيميائي الحيوي للكشف المبكر عن المشكلات المزمنة. فعلى سبيل المثال، تُعد مراقبة الغلوكوز أداة مهمة للكشف عن السكري والوقاية منه وإبطاء تقدمه.
لذلك، يبحث الباحثون باستمرار عن مؤشرات حيوية جديدة قد تساعد على تقييم الحالات الطبية من سوائل الجسم بلا ألم وبتكلفة منخفضة.
ابتكر باحثون في University of Alberta (كندا) وNorthumbria University (المملكة المتحدة) نوعاً جديداً من المستشعرات القابلة للارتداء وغير الباضعة، تستخدم العرق لتتبّع المؤشرات الحيوية المرتبطة بالتهاب المفاصل الروماتويدي والنقرس. وقد يتيح ذلك مراقبة أكثر استمرارية بكثير، بدلاً من الفحوص المصلية المتقطعة (تحليل المصل وسوائل الجسم) والتصوير والتقييمات السريرية المستخدمة حالياً.
المصدر: مجلة الهندسة الكيميائية
نشر الباحثون نتائجهم في مجلة الهندسة الكيميائية1، تحت عنوان «مستشعرات العرق القابلة للارتداء لمراقبة التهاب المفاصل».
تفاقم أعباء التهاب المفاصل
عندما تتضرر المفاصل بسبب الأمراض الروماتيزمية، تعود معظم الحالات إلى النقرس أو التهاب المفاصل الروماتويدي.
التهاب المفاصل الروماتويدي مرض مناعي ذاتي جهازي، تقف وراءه عوامل وراثية وبيئية معقدة، ويظل مستقراً في الغالب.
أما النقرس، فهو في الأساس اضطراب أيضي يتسم بفرط تشبّع حمض اليوريك وتبلور أحادي يورات الصوديوم داخل المفاصل. ولذلك يرتبط النقرس ارتباطاً وثيقاً بالنظام الغذائي ونمط الحياة، ولا سيما الإفراط في تناول اللحوم الحمراء والمحار والمشروبات السكرية والكحول.
ومن المتوقع أن يرتفع عدد المصابين بالأمراض الروماتيزمية سريعاً في المستقبل القريب، ليصل عدد حالات النقرس في العالم إلى نحو 96 مليون حالة بحلول عام 2050. ويُتوقع أن يحدث هذا الارتفاع خصوصاً في المناطق التي تعاني أصلاً من نقص موارد الرعاية الصحية، مثل أفريقيا.
المصدر: مجلة الهندسة الكيميائية
وسيكون التعامل مع هذه الأمراض تحدياً للمناطق التي تعاني أصلاً من ضعف الخدمات، إذ إن المعدات وأدوات وإجراءات التشخيص الحالية باهظة الثمن.
«تعتمد وسائل التشخيص الحالية على سحب السوائل بإجراء باضع، وتحاليل المصل (مثل حمض اليوريك UA والبروتين المتفاعل C (CRP))، والتصوير، بما في ذلك التصوير المقطعي المحوسب ثنائي الطاقة (DECT) والتصوير بالموجات فوق الصوتية والتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI).»
ومن المشكلات الأخرى في وسائل التشخيص الحالية أن هذه الأساليب التي تتطلب بنية تحتية مكثفة لا تُجرى بوتيرة كافية لمراقبة الحالة باستمرار، لأنها لا ترصد التقلبات الفسيولوجية السريعة التي تسبق نوبات التفاقم الحادة.
لذلك، من شأن التحسينات التي تتيح تتبّع ديناميات المرض على نحو أفضل أن تسهّل التدخل المبكر والعلاج الشخصي.
استشعار المؤشرات الأيضية من العرق
مؤشرات حيوية عديدة يمكن تتبّعها
تتزايد الأبحاث التي تثبت إمكانية استنتاج الحالة الأيضية لجسم المريض من مكونات عرقه. فعلى سبيل المثال، يمكن استخدام العرق لقياس الملح لدى المصابين بالتليّف الكيسي.
وبالمثل، يمكن مراقبة النقرس والتهاب المفاصل الروماتويدي من خلال رصد المحفزات الأيضية (حمض اليوريك والزانثينات وبيروكسيد الهيدروجين) والبروتينات الالتهابية (CRP والكالبروتكتين والسيتوكينات).
ومن اللافت أن هذه البروتينات ثبتت فائدتها أيضاً في مراقبة أمراض مثل مرض التهاب الأمعاء (IBD).
أما عند الكشف عن هذه الجزيئات في العرق باستخدام الأجهزة القابلة للارتداء، فيُعد حمض اليوريك خياراً واعداً، لأنه سبب مباشر للنقرس. وتوجد مجموعة واسعة من الحلول المحتملة للمستشعرات القابلة للارتداء، منها استشعار حمض اليوريك UA إنزيمياً كهروكيميائياً، والمستشعرات القائمة على الأقطاب الكهربائية، والمستشعرات القائمة على إنزيمات نانوية أحادية الذرة، والمستشعرات الحيوية الموائعية الدقيقة، والهلاميات المائية البلازمونية ذات الشبكة المزدوجة، وغيرها.
المصدر: مجلة الهندسة الكيميائية
وبما أن النقرس ينتج عن استقلاب البيورينات وتحولها إلى حمض اليوريك، فإن الجزيئات الوسيطة في هذه العملية، الزانثينات، تُعد أيضاً خيارات واعدة. وهنا كذلك، تتوفر تقنيات محتملة متعددة، منها جهاز موائعي دقيق لوني، ولصاقة كهروكيميائية مرنة، ومستشعر حيوي مرن متعدد الإنزيمات، ومستشعر حيوي كهروكيميائي، وغيرها.
المصدر: مجلة الهندسة الكيميائية
CRP (C-Reactive Protein) هو أحد البروتينات الالتهابية ذات الصلة بأمراض التهاب المفاصل. جهاز SWEATSENSER، الذي طورته Enlisense، يستخدم أقطاب أكسيد الزنك (ZnO) مع أضداد CRP لقياس CRP في العرق غير المخفف. يمكن أيضاً استخدام أجهزة أخرى مثل “InflaStat” اللاسلكي القابل للارتداء أو حساسات كيميائية أخرى.
المصدر: Chemical Engineering Journal
ومع ذلك، السايتوكينات عادةً ما تكون كبيرة جدًا لتكون موجودة بكميات كبيرة في العرق، مما يجعل اكتشافها صعبًا. قد تكون حساسات الجرافين مفيدة لاكتشاف السيتوكين TNF-α، ويمكن استخدام أفلام رقيقة من ZnO المفعّلة بأضداد أحادية النسيلة على غشاء مسامي لاكتشاف السيتوكين IFN-γ.
ومن الممكن أيضًا رصد السيتوكينين IL-1 وIL-6، لكن هذا الاستخدام لم يُدرس بالقدر نفسه في مجال الرصد بالأجهزة القابلة للارتداء، مع أن جهاز «SWEATSENSER» قد يتمكن من أداء هذه المهمة أيضًا. ويمكن استخدام الجهاز نفسه لرصد عدة سيتوكينات في الوقت ذاته.
المصدر: Chemical Engineering Journal
يمكن أيضًا استخدام مستشعرات مناعية كهروكيميائية شبيهة بمنصتي SWEATSENSER وIBD AWARE لقياس بروتين الكالبروتكتين، وهو مؤشر حيوي بارز للالتهاب يُقاس تقليديًا في مصل الدم أو البراز. وفي هذه الحالة تحديدًا، يكتسب الرصد على مدى عدة أيام أهمية خاصة للباحثين الطبيين، إذ كشف عن إيقاعات يومية مميزة في مؤشرات الالتهاب.
هندسة الواجهة بين الجلد والمستشعر
اختيار الركيزة المناسبة
يتطلب تشغيل مستشعر عرق قابل للارتداء توفير واجهة مستقرة وآمنة ومريحة بين الجلد والمستشعر.
تتمثل الخطوة الأولى في اختيار ركيزة تعالج عدم التوافق الميكانيكي بين عناصر الاستشعار الصلبة والجلد اللين والمرن. وقد يكون ذلك صعبًا بوجه خاص لدى المصابين بهذه الأمراض، إذ غالبًا ما يكون الجلد الذي يغطي المفصل المصاب بالتهاب نشط بسبب التهاب المفاصل الروماتويدي أو النقرس مشدودًا و«ساخنًا» وشديد الإيلام على نحو غير طبيعي. لذلك، دُرست أنواع مختلفة من البوليمرات الاصطناعية والهياكل المسامية ودمج المستشعرات في المنسوجات.
المصدر: Chemical Engineering Journal
يشمل ذلك منصات من البوليمرات الاصطناعية والمواد الإلاستومرية، غالبًا ما تُصنع من البولي إيثيلين تيرفثالات (PET) والبولي إيميد (PI)، فضلًا عن واجهات مسامية مصنوعة من ورق السليلوز أو من الهلاميات المائية.
ومن الخيارات الأخرى دمج الركيزة مباشرة في المنسوجات، وهي طريقة لها مزاياها وتحدياتها الخاصة.
«تُعد المنسوجات مثالية للاستشعار الكهروكيميائي باستخدام الخيوط الموصلة أو الأحبار المطبوعة بالشاشة، لكنها تطرح تحديات تتعلق بالعتامة عند استخدام الأساليب البصرية. ويمكن لأنظمة الموائع الدقيقة المدمجة في الأقمشة، التي تستخدم شمعًا كارهًا للماء أو أنماطًا من الأوكتاديكان، توجيه العرق إلى مناطق استشعار محددة»
الأداء في مقابل التزام المستخدم
ليس المستشعر الأعلى كفاءة هو بالضرورة الأكثر أهمية من الناحية الطبية، إذ يميل المرضى إلى استخدام الجهاز الطبي على نحو غير سليم عندما لا يشعرون بالراحة عند ارتدائه.
«إن التشوهات الشديدة في المفاصل، والتيبس الصباحي، والفقدان الكبير للمهارات الحركية الدقيقة، تجعل آليات الجهاز—مثل صلابة الركيزة وسهولة وضعه—عاملًا حاسمًا في صلاحيته للاستخدام السريري. ومع أن الرقع اللاصقة على الجلد لا تزال الخيار المعياري، فقد اتسع نطاق الابتكارات ليشمل أجهزة مدمجة في الإكسسوارات، وتصاميم قائمة على المنسوجات، وأشكالًا معيارية قابلة للتركيب.»
ومن الخيارات الرقع ذات القنوات الدقيقة للموائع، التي تلتصق بالجلد بأكبر قدر ممكن.
«تحظى الرقع الملامسة للجلد بانتشار واسع لأنها تحد من الحجم الميت بفضل التصاقها المباشر بالغدد العرقية. وتشمل الإصدارات المتقدمة نظام «InflaStat» المتكامل بالكامل، الذي يجمع بين الرحلان الأيوني والإلكترونيات اللاسلكية لقياس CRP تلقائيًا.»
وفي الإكسسوارات والمنسوجات القابلة للارتداء، يتمثل أحد التحديات في مراعاة التغيرات التشريحية الخاصة بكل مرض. فعلى سبيل المثال، قد تكون المستشعرات الحلقية التي ترصد مؤشرات تصلب الشرايين والتهاب المفاصل مناسبة للتحليل، لكن المفصل المشوه لن يلائمها من دون التسبب بالألم.
ولهذا السبب، يرى الباحثون أن الدمج السلس في الملابس الفضفاضة خيار أفضل؛ ومن أمثلته ألياف مركبة من أنابيب الكربون النانوية والغرافين مُفعّلة بالأبتامرات، تُنسج مباشرة في الأقمشة التجارية.
«تلغي هذه التصاميم النسيجية الحاجة إلى خطوات تركيب دقيقة، فلا تتطلب ارتداءً معقدًا، وتوفر في الوقت نفسه منصة تسمح بتهوية الجلد وتحد من الإرهاق وتتيح الرصد في الوقت الفعلي.»
ومن الطرق الأخرى لتحسين هذه المستشعرات فصل عنصر الاستشعار عن أجهزة المعالجة، أو استخدام أخذ العينات في لحظات محددة.
«تتميز هذه الأنظمة بملاءمتها للمرضى الذين تحول محدودية مهاراتهم الحركية دون وضع رقع معقدة قابلة للارتداء. ومن أمثلتها المستشعرات التي تعمل باللمس وتتيح إجراء فحوص سريعة في مواضع محددة، مثل الشرائط المغطاة بالهلام المائي التي يُضغط عليها بطرف الإصبع.»
المصدر: Chemical Engineering Journal
اختيار المستشعر المناسب
بوجه عام، تتوقف فعالية أي منصة قابلة للارتداء على واجهة التحويل فيها، أي على الموضع الذي يجري فيه الكشف الكيميائي الفعلي.
«يتحدد اختيار منهجية التحويل الكهروكيميائي بدرجة كبيرة وفق الخصائص الفيزيائية للمؤشر الحيوي المستهدف، مثل نشاطه الكهروكيميائي وحجمه الجزيئي ووفرة وجوده في الجسم. وعلى النقيض، تتيح الطرق البصرية في كثير من الأحيان إجراء قراءات عند نقطة الرعاية من دون معدات، ما يسمح بفحوص موضعية عند الطلب لمستقلبات مثل حمض اليوريك».
إن تنوع الجزيئات التي يمكن الكشف عنها وتنوع المستشعرات المحتملة يفضيان، بما ينتج عنهما من توليفات عديدة، إلى مجموعة واسعة إلى حد كبير من المستشعرات القابلة للارتداء.
تشمل الطرق المختلفة الاستشعار الكهروكيميائي، حيث يتغير التيار عند وجود الجزيء، والاستشعار البصري، حيث يتغير اللون (في المستشعرات اللونية) أو الفلورة أو الشفافية عند وجوده.
المصدر: مجلة الهندسة الكيميائية
وأخيرًا، ينبغي أن يتوسط عنصرٌ في المستشعر التفاعلَ اللازم للكشف تحديدًا عن الجزيء موضع الاهتمام (التعرّف الحيوي). ويمكن تحقيق ذلك باستخدام الإنزيمات أو الأجسام المضادة أو الأبتامرات (تسلسلات قصيرة أحادية السلسلة من الحمض النووي DNA أو الحمض النووي الريبي RNA أو الأحماض النووية الزينونية XNA أو الببتيدات) أو المحفزات.
من النماذج الأولية إلى البروتوكول الطبي
غالبًا ما يبدو، عند تقييم الإمكانات التقنية لهذه المستشعرات، أن المشكلة قد حُلّت بالفعل. لكن توجد عمليًا فجوة بين النماذج الأولية المختبرية والمستشعرات المطروحة تجاريًا والمرتبطة ببروتوكول تشخيصي محدد وقرار علاجي.
يتطلب تحويل الكشف عن الجزيئات إلى معلومة مفيدة مثبتة طبيًا إجراء دراسات سريرية ومقارنتها بالخيارات الطبية المتاحة حاليًا.
المصدر: مجلة الهندسة الكيميائية
وقد تؤثر ظروف الحياة الواقعية أيضًا في القياسات. فقد تشمل المشكلة تغيرات في التركيز لا علاقة لها بالمرض، فضلًا عن «التلوث الحيوي»، حين يؤدي العرق فعليًا إلى «إعماء» المحوّلات.
«قد تؤدي العوامل الفيزيائية، مثل تفاوت معدلات إفراز العرق وتبخره واختلاط السوائل في الحيز الميت، إلى زيادة تركيز المؤشرات الحيوية بصورة مصطنعة أو طمس الدقة الزمنية، في حين قد تُحدث التغيرات في البيئة الدقيقة، مثل تقلبات الأس الهيدروجيني، تغييرًا جوهريًا في حركية التحفيز الكهربائي وتُخفي الشحنات المستهدفة».
يتجه البحث حاليًا من الأغشية السلبية إلى تصميمات نشطة مضادة للتلوث، مثل الهلاميات المائية الببتيدية التي ترشّح المواد المتداخلة.
ينبغي أن يكون المنتج النهائي مستشعرًا موثوقًا ومتينًا قابلًا للارتداء، ثبتت فوائده في دراسات سريرية واسعة النطاق، ويتصل بمجموعة من أنظمة الحوسبة السحابية والتطبيقات لتقديم توقع دقيق لأعراض المرض لكل من الأطباء والمرضى.
والغاية النهائية هي أن تصبح هذه المستشعرات، بعد إثبات دقتها في الكشف عن نوبة نقرس وشيكة، محفزًا لإيصال الدواء فورًا إلى المفصل بصورة آلية، بهدف تخفيف الأعراض أو إزالتها.
المصدر: مجلة الهندسة الكيميائية
وفي نهاية المطاف، لن يتحدد أفضل جهاز قابل للارتداء لالتهاب المفاصل بأفضل الخيارات التقنية فحسب، بل سيتوقف أيضًا على مدى موثوقية قراءات المؤشرات الحيوية في توجيه العلاج والتنبؤ بنوبات المرض أو دعم تغييرات مفيدة في نمط الحياة.
الاستثمار في المستشعرات الحيوية
Abbott Laboratories
ABT مخطط السعر
بفضل حضورها القوي في مجال الأجهزة الطبية والتشخيص، تُعد Abbott من شركات «الأدوية الكبرى» الأكثر ارتباطًا بنوع الأبحاث التي تناقشها هذه الدراسة.
توظف الشركة، التي تأسست قبل 138 عامًا، أكثر من 114,000 شخص، وتعمل في أكثر من 160 دولة، وحققت مبيعات بقيمة 44.3 مليار دولار في عام 2025.
تُعد منتجات Abbott من الأجهزة الحيوية القابلة للارتداء، ومنها FreeStyle Libre وLingo المخصصان لقياس الغلوكوز لدى مرضى السكري، مثالًا جيدًا على قدرة أجهزة المراقبة القابلة للارتداء على إحداث تحسن كبير في الحالة الصحية للمرضى وحياتهم اليومية. كما أنها تثبت أن هذه المنتجات يمكن أن تصبح نشاطًا تجاريًا تقدر قيمته بمليارات الدولارات.
«تُعد مجموعة Libre، وهي أجهزة Abbott الرائدة لمراقبة الغلوكوز المستمرة، أكثر الأجهزة الحيوية القابلة للارتداء استخدامًا في العالم، إذ تساعد أكثر من 8 ملايين شخص على تحسين إدارة مستويات الغلوكوز لديهم».
في عام 2025، حققت أنشطة التشخيص إيرادات بقيمة 8.937 مليار دولار، فيما بلغت إيرادات رعاية مرضى السكري 8 مليارات دولار، ما يجعل الاستشعار والقياس والأنشطة المرتبطة بهما من الركائز الأساسية للشركة. وشملت القطاعات المهمة الأخرى التغذية (8.4 مليارات دولار) وعلاج أمراض القلب والأوعية الدموية، ولا سيما الزرعات (12.3 مليار دولار).
لا يعني هذا بالضرورة أن Abbott ستطوّر مستشعرات عرق لمراقبة التهاب المفاصل، بل إن شركة تمتلك خبرة في مجال «المستشعرات» الأوسع ستستفيد على الأرجح من النمو العام للمراقبة الحيوية في كثير من التطبيقات الطبية الجديدة؛ وهو سوق تبلغ قيمته بالفعل 14 مليار دولار عالميًا، لمراقبة الغلوكوز وحدها.
ويُرجح أن ينطبق ذلك بصفة خاصة عندما تمتلك الشركة نفسها خبرة عميقة في التشخيص الجزيئي عمومًا، وريادة في اختبار جزيئات متعددة مثل التروبونين ومؤشرات الأمراض المعدية وتركيب الدم وغيرها.
إلى جانب هذه الفرصة، سيظل المستثمرون المحتملون بحاجة إلى تقييم بقية أعمال الشركة بعناية، فضلًا عن خط أنابيب للبحث والتطوير يركز بقوة على زراعات القلب والأوعية الدموية، وتركيبات حليب الأطفال، والاستشعار الحيوي المتقدم (Libre Duo)، وتشخيص السرطان.
أحدث أخبار سهم Abbott Laboratories (ABT) وتطوراته
الدراسة المشار إليها
1. Appurva Tiwari، Ben Bin Xu، وXuehua Zhang. مستشعرات العرق القابلة للارتداء لمراقبة التهاب المفاصل. Chemical Engineering Journal. 1 ديسمبر 2026. المقالة: 182747. المجلد 549.
