Terveysteknologia
Hikianturit tuovat niveltulehdusten seurannan lähemmäs kotia
Lisää Securities.io suosikkilähteisiisi Google-palvelussa
Lääketieteellisen teknologian kehittyessä tavoitteena on jatkuvasti tarkempien ja vähemmän kajoavien diagnostisten menetelmien kehittäminen. Esimerkiksi röntgenkuvaus, jota seurasivat ultraääni, magneettikuvaus ja muut kuvantamisteknologiat, ovat mahdollistaneet vammojen ja muiden ongelmien havaitsemisen ja arvioinnin ilman kajoavia toimenpiteitä. Samoin kehon sisäisiä havaintoja voidaan nykyään useimmiten tehdä hyvin pienen viillon kautta joustavalla kameralla, jolloin voidaan välttää kajoavampi leikkaus.
Toinen kehityssuunta on biokemiallinen analyysi, jonka avulla kroonisia ongelmia voidaan havaita varhaisessa vaiheessa. Esimerkiksi glukoosin seuranta on tärkeä keino diabeteksen havaitsemisessa ja ehkäisemisessä sekä sen etenemisen hidastamisessa.
Siksi tutkijat etsivät usein uusia biomarkkereita, joiden avulla sairauksia voitaisiin arvioida kivuttomasti ja edullisesti kehon nesteistä.
Kanadan University of Albertan ja Ison-Britannian Northumbria Universityn tutkijat ovat kehittäneet uudenlaisia kajoamattomia puettavia antureita, jotka hyödyntävät hikeä nivelreumaan ja kihtiin liittyvien biomarkkereiden seurannassa. Tämä voisi mahdollistaa huomattavasti jatkuvamman seurannan nykyisin käytettävien ajoittaisten serologisten tutkimusten (seerumin ja muiden kehon nesteiden analyysin), kuvantamisen ja kliinisten arvioiden sijaan.
He julkaisivat tuloksensa Chemical Engineering Journal -lehdessä1 otsikolla ”Puettavat hikoiluanturit niveltulehduksen seurantaan”.
Niveltulehdusten kasvava taakka
Kun reumasairaudet vaurioittavat niveliä, syynä on useimmiten joko kihti tai nivelreuma.
Nivelreuma on monimutkaisten geneettisten ja ympäristötekijöiden aiheuttama koko elimistöön vaikuttava autoimmuunisairaus, ja se pysyy enimmäkseen vakaana.
Kihti puolestaan on pohjimmiltaan aineenvaihduntasairaus, jolle ovat ominaisia virtsahapon ylikyllästyminen ja natriummonouraatin kiteytyminen nivelissä. Kihti liittyykin vahvasti ruokavalioon ja elämäntapoihin, erityisesti runsaisiin punaisen lihan, äyriäisten ja simpukoiden, sokeripitoisten juomien sekä alkoholin määriin.
Reumasairauksien määrän odotetaan kasvavan nopeasti lähitulevaisuudessa, ja vuoteen 2050 mennessä maailmassa arvioidaan olevan lähes 96 miljoonaa kihtitapausta. Kasvun odotetaan painottuvan erityisesti alueille, joiden terveydenhuollon resurssit ovat jo valmiiksi vähäiset, kuten Afrikkaan.
Tällaisten sairauksien hoitaminen on jo ennestään heikosti palvelluilla alueilla haastavaa, sillä nykyiset laitteet, diagnostiset välineet ja toimenpiteet ovat kalliita.
”Nykyinen diagnostiikka perustuu invasiiviseen nesteen aspiraatioon, seerumimäärityksiin (esim. virtsahappo (UA) ja C-reaktiivinen proteiini (CRP)) sekä kuvantamiseen, kuten kaksienergiaiseen tietokonetomografiaan (DECT), ultraäänitutkimukseen tai magneettikuvaukseen (MRI).”
Nykyisessä diagnostiikassa on myös se ongelma, etteivät nämä paljon infrastruktuuria vaativat menetelmät sovellu riittävän tiheään seurantaan, sillä niillä ei pystytä havaitsemaan nopeita fysiologisia muutoksia, jotka edeltävät akuuttia oireiden pahenemista.
Siksi sairauden etenemisen tarkempaa seurantaa mahdollistavat parannukset helpottaisivat hoitoon puuttumista aiemmin ja yksilöllisen hoidon tarjoamista.
Aineenvaihdunnan mittaaminen hiestä
Seurattavia biomarkkereita on monia
Tutkimusnäyttö siitä, että potilaan elimistön aineenvaihdunnan tilaa voidaan arvioida hien koostumuksesta, kasvaa jatkuvasti. Hiestä voidaan esimerkiksi mitata suolan määrää kystistä fibroosia sairastavilla.
Kihtiä ja nivelreumaa voidaan niin ikään seurata aineenvaihdunnan käynnistävien tekijöiden (virtsahapon, ksantiinien ja vetyperoksidin) sekä tulehdusproteiinien (CRP:n, kalprotektiinin ja sytokiinien) avulla.
Mielenkiintoista kyllä, tällaisten proteiinien on osoitettu soveltuvan myös tulehduksellisten suolistosairauksien (IBD) kaltaisten sairauksien seurantaan.
Näiden molekyylien havaitsemiseen hiestä puettavilla laitteilla virtsahappo on lupaava kohde, sillä se aiheuttaa suoraan kihtiä. Puettaviin antureihin on tarjolla monenlaisia mahdollisia ratkaisuja, kuten sähkökemiallinen entsymaattinen UA-mittaus, elektrodipohjaiset anturit, yhden atomin nanoentsyymeihin perustuvat anturit, mikrofluidiset biosensorit ja plasmoniset kaksoisverkostohydrogeelit.
Koska kihti johtuu puriinien aineenvaihdunnasta virtsahapoksi, myös tämän prosessin välituotteet, ksantiinit, ovat hyviä mittauskohteita. Niiden havaitsemiseen on niin ikään tarjolla useita mahdollisia teknologioita, kuten kolorimetrinen mikrofluidinen laite, joustava sähkökemiallinen laastari, joustava monientsyymibiosensori ja sähkökemiallinen biosensori.
CRP (C-reaktiivinen proteiini) on yksi nivelsairauksien kannalta merkityksellisistä tulehdusproteiineista. Enlisensen kehittämä SWEATSENSER-laite mittaa laimentamattomasta hiestä CRP:tä sinkkioksidi- (ZnO) elektrodeilla, joissa on CRP-vasta-aineita. Mahdollisia ovat myös muut laitteet, kuten ”InflaStat”-langaton, iholla pidettävä laastari, tai muut sähkökemialliset anturit.
Lähde: Chemical Engineering Journal
Sytokiinit ovat kuitenkin yleensä liian suuria esiintyäkseen hiessä merkittävinä pitoisuuksina, mikä vaikeuttaa niiden havaitsemista. Grafeenia sisältävistä antureista voisi olla hyötyä TNF-α-sytokiinin havaitsemisessa, ja huokoiselle kalvolle sijoitettuja, monoklonaalisilla vasta-aineilla funktionalisoituja ZnO-ohutkalvoja voitaisiin käyttää IFN-γ-sytokiinin havaitsemiseen.
Myös sytokiinien IL-1 ja IL-6 havaitseminen on mahdollista, mutta niiden mittaamista puettavilla laitteilla on tutkittu vähemmän, vaikka ”SWEATSENSER” saattaisi pystyä siihen. Samalla laitteella voitaisiin havaita myös useita sytokiineja yhtä aikaa.
Lähde: Chemical Engineering Journal
SWEATSENSERin ja IBD AWAREn kaltaisia sähkökemiallisia immunosensoreita voidaan käyttää myös kalprotektiinin mittaamiseen. Kalprotektiini on merkittävä tulehduksen biomarkkeri, jota on perinteisesti mitattu seerumista tai ulosteesta. Lääketieteen tutkijoita kiinnostaa erityisesti usean päivän seuranta, joka paljasti tulehdusmerkkiaineiden selkeitä vuorokausirytmejä.
Ihon ja anturin rajapinnan suunnittelu
Sopiva alusta
Puettavan hikianturin toiminta edellyttää vakaata, turvallista ja miellyttävää ihon ja anturin välistä rajapintaa.
Ensimmäinen osa on alusta, joka tasoittaa jäykkien anturielementtien ja pehmeän, joustavan ihon välistä mekaanista yhteensopimattomuutta. Tämä voi olla erityisen vaikeaa näiden sairauksien yhteydessä, sillä aktiivisesti tulehtuneen nivelreuma- tai kihtinivelen päällä oleva iho on usein kireä, ”kuuma” ja poikkeuksellisen arka. Siksi käyttöön on tutkittu erilaisia synteettisiä polymeerejä, huokoisia rakenteita ja tekstiileihin integroituja ratkaisuja.
Lähde: Chemical Engineering Journal
Tällaisia ovat synteettisiin polymeereihin ja elastomeereihin perustuvat ratkaisut, joissa käytetään usein polyeteenitereftalaattia (PET) ja polyimidiä (PI), sekä huokoiset materiaalit, kuten selluloosapaperi, ja hydrogeelirajapinnat.
Alusta voidaan myös integroida suoraan tekstiileihin. Tällä menetelmällä on omat etunsa ja haasteensa.
”Tekstiilit soveltuvat erinomaisesti sähkökemialliseen mittaukseen johtavien lankojen tai silkkipainettujen musteiden avulla, mutta niiden läpinäkymättömyys vaikeuttaa optisten menetelmien käyttöä. Kankaaseen integroiduissa mikrofluidisissa järjestelmissä hiki voidaan ohjata tietyille mittausalueille hydrofobisen vahan tai oktadekaanikuvioinnin avulla.”
Suorituskyky ja käyttäjän sitoutuminen
Tehokkain anturi ei välttämättä ole lääketieteellisesti merkityksellisin, sillä epämukavaksi kokevat potilaat käyttävät lääkinnällistä laitetta usein huonosti.
”Vaikeat nivelten epämuodostumat, aamujäykkyys ja hienomotoriikan huomattava heikkeneminen tarkoittavat, että laitteen ominaisuudet – kuten alustan jäykkyys ja helppo kiinnittäminen – ratkaisevat viime kädessä anturin soveltuvuuden kliiniseen käyttöön. Iholle kiinnitettävät laastarit ovat edelleen yleisin ratkaisu, mutta uusia vaihtoehtoja ovat asusteisiin integroidut, tekstiilipohjaiset ja modulaariset laitteet.”
Yksi vaihtoehto ovat mikrofluidiset laastarit, jotka asettuvat mahdollisimman lähelle ihoa.
”Iholle kiinnitettävät laastarit ovat suosittuja, koska ne vähentävät kuollutta tilavuutta kiinnittymällä suoraan hikirauhasten päälle. Kehittyneempiin ratkaisuihin kuuluu InflaStat, täysin integroitu järjestelmä, jossa yhdistyvät iontoforeesi ja langaton elektroniikka CRP:n automaattista määritystä varten.”
Puettavien asusteiden ja tekstiilien suunnittelussa haasteena voi olla sairauskohtaisten anatomisten muutosten huomioiminen. Esimerkiksi ateroskleroosin ja niveltulehduksen biomarkkereita seuraavat sormusmaiset anturit voivat soveltua hyvin analytiikkaan, mutta ne eivät välttämättä istu epämuodostuneeseen niveleen kivuttomasti.
Siksi tutkijat pitävät saumattomasti väljiin vaatteisiin integrointia parempana vaihtoehtona. Esimerkiksi aptaamereilla funktionalisoituja hiilinanoputki-grafeenikomposiittikuituja voitaisiin kutoa suoraan kaupallisiin kankaisiin.
”Tällaiset tekstiiliratkaisut poistavat monimutkaisten kiinnitysvaiheiden tarpeen ja ovat helppoja käyttää. Samalla ne tarjoavat hengittävän ja väsymystä ehkäisevän alustan reaaliaikaiseen seurantaan.”
Antureita voidaan kehittää myös erottamalla mittauselementti käsittelylaitteistosta tai käyttämällä hetkellistä näytteenottoa.
”Tällaiset järjestelmät soveltuvat erityisen hyvin potilaille, joiden rajallinen sorminäppäryys estää monimutkaisten puettavien laastarien kiinnittämisen. Esimerkkejä ovat kosketuksella toimivat anturit, joilla voidaan tehdä nopeasti pistemittauksia, kuten hydrogeelipinnoitetut liuskat, joita painetaan sormenpäällä.”
Lähde: Chemical Engineering Journal
Sopiva anturi
Yleisesti ottaen minkä tahansa puettavan mittausjärjestelmän teho riippuu sen transduktiorajapinnasta eli siitä, missä varsinainen kemiallinen tunnistus tapahtuu.
”Sähkökemiallisen transduktiomenetelmän valinta riippuu ratkaisevasti kohdebiomarkkerin fysikaalisista ominaisuuksista, kuten sen sähkökemiallisesta aktiivisuudesta, molekyylikoosta ja fysiologisesta pitoisuudesta. Optisilla menetelmillä puolestaan voidaan usein saada mittaustuloksia vieritestaamiseen ilman laitteistoa, jolloin esimerkiksi virtsahapon kaltaisia aineenvaihduntatuotteita voidaan tarkistaa tarpeen mukaan.”
Havaittavien molekyylien ja mahdollisten antureiden moninaisuus tuottaa lukuisia yhdistelmiä ja siten laajan valikoiman mahdollisia puettavia antureita.
Menetelmiin kuuluu sähkökemiallinen tunnistus, jossa virta muuttuu molekyylin läsnä ollessa, sekä optinen tunnistus, jossa molekyylin läsnäolo muuttaa väriä (kolorimetriset anturit), fluoresenssia tai läpinäkyvyyttä.
Lähde: Chemical Engineering Journal
Lopuksi anturissa tarvitaan jokin tekijä, joka välittää reaktion kiinnostuksen kohteena olevan molekyylin tunnistamiseksi eli biotunnistuksen toteuttamiseksi. Tähän voidaan käyttää entsyymejä, vasta-aineita, aptameereja (lyhyitä yksijuosteisia DNA-, RNA- tai XNA-jaksoja tai peptidisekvenssejä) tai katalyyttejä.
Prototyypeistä lääketieteelliseksi hoitokäytännöksi
Tällaisia antureita tarkasteltaessa voi usein vaikuttaa siltä, että niiden tekniset haasteet on jo ratkaistu. Käytännössä laboratorioprototyyppien ja kaupallisten antureiden välillä on kuitenkin kuilu: kaupalliset anturit liittyvät määriteltyyn diagnostiikkakäytäntöön ja hoitopäätökseen.
Molekyylin havaitsemisesta lääketieteellisesti todistetuksi ja hyödylliseksi tiedoksi päästään kliinisillä tutkimuksilla ja vertaamalla tulosta nykyisiin lääketieteellisiin vaihtoehtoihin.
Lähde: Chemical Engineering Journal
Myös todellisissa olosuhteissa tapahtuvat mittaushäiriöt voivat aiheuttaa ongelmia. Pitoisuus voi muuttua sairaudesta riippumattomista syistä, ja lisäksi voi esiintyä biofouling-ilmiötä, jossa hiki käytännössä ”sokaisee” muuntimet.
”Fysikaaliset tekijät, kuten hienerityksen vaihtelu, hien haihtuminen ja sekoittuminen kuolleessa tilavuudessa, voivat kasvattaa biomarkkerien pitoisuutta keinotekoisesti tai heikentää ajallista erotuskykyä. Mikroympäristön muutokset, kuten pH:n vaihtelut, voivat puolestaan muuttaa perustavanlaatuisesti elektrokatalyyttistä kinetiikkaa ja peittää kohdevaraukset.”
Tutkimuksessa siirrytään parhaillaan passiivisista kalvoista aktiivisiin likaantumista ehkäiseviin rakenteisiin, kuten häiriötekijöitä suodattaviin peptidihydrogeeleihin.
Tavoitteena on kehittää puettava, luotettava ja kestävä anturi, jonka hyödyt on osoitettu laajoissa kliinisissä tutkimuksissa ja joka yhdistyy pilvipalveluihin ja sovelluksiin ennustaakseen sairauden oireet tarkasti sekä lääkäreille että potilaille.
Lopullisena tavoitteena on, että kun näiden antureiden on osoitettu tunnistavan tarkasti lähestyvä kihtikohtaus, niiden antama havainto voisi käynnistää välittömän ja automaattisen lääkeannostelun niveleen oireiden lievittämiseksi tai poistamiseksi.
Lähde: Chemical Engineering Journal
Viime kädessä paras niveltulehduksen seurantaan tarkoitettu puettava laite ei siis määräydy pelkästään teknisten ominaisuuksien perusteella, vaan ratkaisevaa on, ohjaavatko biomarkkeritulokset luotettavasti hoitoa, ennustavatko ne pahenemisvaiheita tai tukevatko ne hyödyllisiä elintapamuutoksia.
Sijoittaminen biosensoreihin
Abbott Laboratories
ABT Hintakaavio
Abbottilla on vahva asema lääkinnällisten laitteiden ja diagnostiikan alalla, ja se kuuluu suuriin lääkeyhtiöihin, joiden toiminta vastaa parhaiten tässä tutkimuksessa käsiteltyä tutkimusalaa.
138-vuotias yhtiö työllistää yli 114 000 ihmistä, toimii yli 160 maassa ja sen liikevaihto oli 44,3 miljardia dollaria vuonna 2025.
Abbottin biomonitorointiin tarkoitetut puettavat laitteet – diabeteksen glukoosinseurantaan tarkoitetut FreeStyle Libre– ja Lingo-tuotteet – ovat hyvä esimerkki siitä, miten puettavat monitorit voivat parantaa merkittävästi potilaiden terveydentilaa ja arkea. Ne ovat osoittautuneet myös miljardiluokan liiketoiminnaksi.
”Abbottille keskeiseen Libre-tuotevalikoimaan kuuluvat jatkuvaan glukoosinseurantaan tarkoitetut laitteet ovat maailman käytetyimpiä puettavia biomonitorointilaitteita, ja ne auttavat yli 8 miljoonaa ihmistä hallitsemaan glukoositasoaan paremmin.”
Vuonna 2025 diagnostiikkaliiketoiminnan liikevaihto oli 8,937 miljardia dollaria ja diabeteksen hoitoon liittyvän liiketoiminnan 8 miljardia dollaria. Tunnistus, mittaukset ja niihin liittyvät liiketoiminnot ovat siis yhtiön keskeisiä osa-alueita. Muita tärkeitä segmenttejä olivat ravitsemus (8,4 miljardia dollaria) ja sydän- ja verisuonitautien hoito, erityisesti implantit (12,3 miljardia dollaria).
Tämä ei tarkoita, että Abbott välttämättä kehittäisi niveltulehduksen seurantaan tarkoitettuja hikoilun analysoivia antureita. Laajempaa anturialan osaamista omaava yhtiö hyötynee kuitenkin todennäköisesti biomonitoroinnin kasvusta monissa uusissa lääketieteellisissä käyttökohteissa. Glukoosinseurannan maailmanlaajuiset markkinat ovat jo yksinään 14 miljardia dollaria.
Tämä on erityisen todennäköistä, jos samalla yhtiöllä on laajaa molekyylidiagnostiikan osaamista ja johtava asema erilaisten molekyylien, kuten troponiinin, infektiotautien merkkiaineiden ja veren koostumuksen, testauksessa.
Tämän näkymän lisäksi potentiaaliset sijoittajat haluavat yhä arvioida huolellisesti yrityksen muuta liiketoimintaa sekä tutkimus- ja kehityshankkeiden kokonaisuutta, jossa keskitytään vahvasti sydän- ja verisuonitauteihin liittyviin implantteihin, äidinmaidonkorvikkeisiin, edistyneeseen biosensoriikkaan (Libre Duo) ja syöpädiagnostiikkaan.
Abbott Laboratoriesin (ABT) osakkeen viimeisimmät uutiset ja kehityskulut
Viitattu tutkimus
1. Appurva Tiwari, Ben Bin Xu ja Xuehua Zhang. Puettavat hikianturit niveltulehduksen seurantaan. Chemical Engineering Journal. 1. joulukuuta 2026. Artikkeli: 182747. Vuosikerta 549.
