Tıbbi İzleme Alanında Çığır Açan Gelişme: Nanoparçacık Tabanlı Giyilebilir Biyosensörlerle Yeni Nesil Tıbbi Stabilizasyon

Yaşlanan nüfus, kronik hastalıklar ve artan nüfusun ortasında, sağlık sistemi hayati bir dönüşüm geçiriyor.

Sağlık hizmetleri giderek daha fazla bireysel odaklı hâle geliyor. Bu eğilim, kritik biyobelirteçlerin tıbbi tanı için sürekli ölçülmesini, hastalık durumunun, sağlığın ve çevrenin izlenmesini ve ter, tükürük, gözyaşı ve kan gibi biyolojik sıvıların değerlendirilmesini sağlayan giyilebilir cihazlar tarafından yönlendiriliyor.

Bu giyilebilir cihazlar, çeşitli fizyolojik parametreler hakkında gerçek zamanlı veri toplamak için sensörler kullanan taşınabilir elektronik cihazlardır; bu da aktivite seviyelerinin ve sağlığın sürekli izlenmesini sağlar.

Daha da önemlisi, bu biyosensörler sıradan bireylerin kendi sağlıklarını her yerden ve her zaman izlemelerine yardımcı olur. Özellikle, bu cihazlar kronik hastalığı olan hastaların hastaneye yatış sayısını azaltmalarına ve maliyet tasarrufu yapmalarına yardımcı olabilir. Genel olarak, insanlar giyilebilir cihazlarla yaşamlarını ve sağlıklarını daha iyi yönetebilir.

Bu arada, hekimler potansiyel sağlık sorunlarını erken tespit edebilir, anında müdahale edebilir ve kişiselleştirilmiş sağlık planları sunabilir; hastaneler ise ekipman maliyetlerinden tasarruf edebilir.

Ölçülen parametrelere bağlı olarak, giyilebilir biyosensörler optik, elektrokimyasal, elektromechanik, kimyasal ve optoelektronik sensörler gibi farklı türlerde olabilir. Bu cihazlar, biyokimyasal belirteçlerin non-invaziv ölçümleriyle biyolojik sinyalleri izlemek için insan vücuduna takılabilir veya içine implante edilebilir.

Tasarım veya kullanım açısından, giyilebilir cihazlar birkaç farklı şekilde sınıflandırılabilir.

Başlangıç olarak, adından da anlaşılacağı gibi bileğe takılan giyilebilir cihazlar (WWD) genellikle bilekte takılır. Akıllı saatler veya fitness bantları, temel ivmeölçer tabanlı cihazlardan evrimleşerek artık non-invaziv insan izleme cihazları olarak kullanılan biyometrik algılamayı da içeren örneklerdir.

Bileklikler özellikle insan sağlığı ve fitness aktivitelerini izlemek için tasarlanmıştır. Özellikleri oldukça sınırlıdır ve zaman zaman bildirimler için ekran bile bulunmayabilir. Fitbit, Amazon (AMZN ) Halo Band ve Huawei Talkband B3 popüler örneklerdir.

Bileklik saatleri veya akıllı saatler, belirli insan fizyolojik sinyallerini ve biyomekaniğini izleyen en popüler giyilebilir cihaz türlerinden biridir. Bilgi toplamak ve analiz ile okunabilirlik için akıllı telefona aktarmak amacıyla sensör ve bataryalar kullanırlar. Popüler akıllı saat örnekleri arasında Apple Watch, Samsung Galaxy Watch ve Garmin Fenix bulunur. ECG, kan oksijen seviyesi, SpO2, stres, uyku ve kalp atış hızı gibi metriklerin takibini sağlarlar.

Daha sonra, ter ve sıcaklık gibi vücut sıvılarının gerçek zamanlı analizi için yama türleri vardır. Bu, Abbott FreeStyle Libre ve Dexcom G7 gibi glikoz izleme yamalarını, ter bileşimini analiz ederek hidrasyon önerileri sunan Gatorade Gx Sweat Patch’i ve sürekli sıcaklık takibi için TempTraq’yi içerir.

Ellerin yanı sıra, baş da bu cihazların takıldığı bir diğer vücut bölgesidir. Kask, gözlük ve şapka gibi başa takılan araçlar, eller serbest kullanım imkanı sunan görsel cihazlardır.

Akıllı gözlüklerden bahsederken, Ray-Ban Meta Smart Glasses, Vuzix Blade & Vuzix Shield, Rokid Max ve Xreal gibi yerleşik kameralar, hoparlörler, akış, yapay zeka ve diğer özellikler sunan modelleri gördük; bu özellikler endüstri, tıp, bilişim, kurumsal ve oyun alanlarında kullanılmaktadır.

Akıllı kasklar da sadece koruyucu başlık olmaktan öte, elektronik algılama, uyarı ve iletişim cihazlarıyla bütünleşerek akıllı hizmetler sunmasıyla ilgi görmektedir. Kasklar ayrıca beyne zayıf elektriksel darbeler göndererek depresyon tedavisi için de araştırılmaktadır.

Akıllı giyim veya E-Textiles are yet another wearable that uses smart materials that respond to mechanical, thermal, and chemical changes. E-textiles can also sense external stimuli from the environment.

E-tekstil alanında, sporcular ve tıbbi kullanım için kalp atış hızı, solunum hızı ve hareketi izleyen Hexoskin akıllı gömlekler bulunmaktadır. Bu yıkanabilir giysiler sürekli kardiyak, pulmoner, aktivite, uyku verileri, elektrokardiyogram raporlaması ve solunum havalandırması sağlar. Hexoskin, erkek, kadın ve çocuklar için non-invaziv ve konforlu akıllı giysiler sunar; ayrıca koku önleyici ve UV koruma özellikleri de vardır. Teknoloji açısından, 36+ saat pil ömrü, 100 günü aşan kayıt süresi ve Bluetooth bağlantısı sunarlar.

Gömleklerin yanı sıra çoraplar, uyku giysileri, ceketler ve ayakkabılar da akıllı hâle geliyor. Bu nedenle, giyilebilir cihazlar dünyası, insanların sağlık ve refahı giderek daha fazla önceliklendirmesiyle açıkça hızlı büyüyen bir alan. Bu büyüme, gerçek zamanlı veri erişiminin kolaylığı, sensör teknolojisindeki ilerlemeler ve sağlık uygulamalarının genişlemesiyle daha da destekleniyor.

Giyilebilir Biyosensörler için Yazdırılabilir Nanoparçacıklar

Giyilebilir biyosensörler, hassas tıpta yeni sınırları keşfederken, Caltech’ten araştırmacılar uzun ömürlü giyilebilir ter sensörlerinin kitlesel üretimini mümkün kılan bir teknik geliştirdi.

Bu teknoloji, özel nanoparçacıkların mürekkep püskürtmeli baskı dizilerini içeriyor ve araştırma, üretim ölçeklenebilirliği, operasyonel istikrarsızlık ve tespit edilebilen hedef sayısının sınırlı olması gibi, giyilebilir ve implante edilebilir biyosensörlerin yaygın benimsenmesini engelleyen zorlukları aşmayı hedefliyor.

Yazdırılabilir çekirdek-kabuk nanoparçacıklar, yerleşik çift işlevsellik sunar — belirli bir hedefi tanıyan moleküler olarak kalıplanmış polimer kabuk ve elektrokimyasal dönüşümü stabilize eden nikel hekzasyanoferat (NiHCF) çekirdek.

Mürekkep püskürtmeli baskı yoluyla optimize edilmiş bir nanoparçacık mürekkebi formülasyonu kullanarak, Caltech mühendisleri esnek ve dayanıklı biyosensörlerin kitlesel üretiminin mümkün olduğunu gösterdi; bu sensörler geniş bir biyobelirteç yelpazesini sürekli izleyebilir. Bu, ilaçlar, vitaminler, amino asitler ve metabolitleri içerir.

Ekip, bu biyobelirteçlerin uzun vadeli COVID-19 hastalarında kreatinin, triptofan ve C vitamini gibi metabolik izlemelerde giyilebilir cihazlarla etkinliğini daha da gösterdi.

Ayrıca yeni nanoparçacıkları başarıyla kullanarak, kanser hastaları için terapötik ilaç izleme ve fare modelinde mykofenolik asit, siklofosfamid ve busulfan gibi immünosupresanların gerçek zamanlı analizini sağlayarak biyobelirteçlerin faydasını doğruladılar.

Ancak bu teknolojiyle mümkün olanlar bunlarla sınırlı değil.

“Bu sensörler artık birçok kronik durum ve bunların biyobelirteçlerini sürekli ve non-invaziv olarak izleme imkanı sunuyor.”

– Wei Gao, ilgili yazar ve Caltech’teki Andrew ve Peggy Cherng Tıp Mühendisliği Bölümü’nde tıp mühendisliği profesörü

Tekniği ayrıntılandıran paper published¹ in the journal Nature Materials detailing the technique, the nanoparticle cubes are formed in a solution that includes the specific molecule, such as vitamin C, that the researchers want to track.

Hedef molekül, monomerlerin kendiliğinden bir araya gelerek polimer oluşturmasıyla kübik nanoparçacıkların içinde hapsolur. Daha sonra bir çözücü, hedef molekülleri uzaklaştırmak için kullanılır; böylece geriye moleküler olarak kalıplanmış bir polimer kabuk kalır.

Bu kabuk, hedef molekülün şekline tam olarak uyan deliklerle doludur; tıpkı yapay antikorların sadece belirli moleküllerin şekillerini seçici olarak tanıması gibi.

Özellikle, yeni çalışmadaki araştırmacılar özel olarak oluşturulmuş polimerleri kimyasal bileşik NiHCF’den yapılmış bir nanoparçacık çekirdeğiyle birleştiriyor. Bu bileşik, iyi elektrik iletkenliği, yüksek termal stabilite, tersine dönebilen redoks reaksiyonları gerçekleştirme yeteneği ve manyetik davranış gibi benzersiz özellikleriyle bilinir. Bu özellikler, NiHCF’yi manyetik depolama ortamları, kataliz, bataryalar gibi elektrokimyasal enerji depolama cihazları ve ayrıca sensörler ve biyosensörler için umut vaat eden bir malzeme yapar.

Dahası, NiHCF, ter gibi vücut sıvılarıyla temas ettiğinde uygulanan bir elektrik voltajı altında da oksitlenebilir.

Bu çalışmada, sıvı yalnızca hedef molekül şekline sahip delikler boş olduğunda NiHCF çekirdeğiyle temas eder ve bu da bir elektrik sinyali üretir.

Bununla birlikte, moleküller polimerle buluştuğunda bu deliklere kayar. Bu durum, ter gibi vücut sıvılarının çekirdek ile temasını engeller ve böylece elektrik sinyalini zayıflatır. Dolayısıyla, elektrik sinyalinin gücü, vitamin C gibi hedef molekülün ne kadar bulunduğunu gösterir. Gao şöyle açıkladı:

“Bu çekirdek kritiktir. Nikel hekzasyanoferat çekirdeği biyolojik sıvılarda bile son derece kararlıdır ve bu sensörleri uzun vadeli ölçüm için ideal kılar.”

Oluşturulan çekirdek-kabuk nanoparçacıklar son derece esnektir. Tek bir dizi içinde birden fazla nanoparçacık “mürekkebi” kullanarak ter veya vücut sıvılarındaki hormon, amino asit, ilaç veya metabolit miktarını hesaplayan sensör dizileri basmak için kullanılırlar.

Örneğin, araştırmacılar ayrıca yaygın kullanılan biyobelirteç kreatinini bağlayan nanoparçacıklar da bastılar; bu, böbrek fonksiyonlarını incelemek içindir. Ekip, bu nanoparçacıkları Vitamin C ve triptofan bağlayanlarla birleştirerek tek bir sensör oluşturdu ve bu sensör uzun COVID’lu hastaları incelemek için kitlesel üretildi.

Nanoparçacık tabanlı giyilebilir sensörler, araştırmacıların City of Hope kanser araştırma ve tedavi merkezinde test ettiği üç farklı kanser ilacı için ayrı sensörlerde de basıldı.

Ronald ve JoAnne Willens Bursiyeri ve Heritage Medical Research Institute Araştırmacısı olan Gao’ya göre:

“Bu teknolojinin potansiyelini göstererek, vücuttaki kanser ilaçlarının miktarını her an uzaktan izleyebildik.”

Bu, sadece kanser için doz kişiselleştirmeye giden yolu göstermiyor, aynı zamanda birçok başka durum için de geçerli, diye ekledi.

Bunun yanı sıra, ekip nanoparçacıkların cildin hemen altına implante edilebilecek sensörler basmak için kullanılabileceğini ve böylece vücuttaki ilaç seviyelerini doğru bir şekilde izleyebileceğini gösterdi.

İleri giyilebilir cihazlarla yenilikçi sağlık teknolojisinin nasıl yükseldiğini öğrenmek için buraya tıklayın.

Giyilebilir Teknolojide Öncü Şirket

Şimdi, giyilebilir teknoloji sektöründe ilerlemeye devam eden en önde gelen isme bir göz atalım.

1. Apple

Piyasa değeri 3,63 trilyon dolar olan dünyanın en büyük şirketi Apple (AAPL ), hisselerini şu anda hisse başına 241,53 dolardan, yılbaşından bu yana %3,55 düşüşle işlem görüyor. EPS (TTM) 6,96, P/E (TTM) oranı 34,69. Apple’ın ödediği temettü getirisi %0,41.

Apple, bir on yıl önce Apple Watch Series 0’ı piyasaya sürerek giyilebilir sektörüne katıldı; bu serinin ilk modeli. O dönemde akıllı saat sektörü zaten kalabalıktı, ancak Apple geç girişine rağmen varlığını sağlamlaştırabildi.

Yıllar içinde Apple bu pazarın önemli bir kısmını yakalayabildi, ancak son yıllarda bir düşüş gözlemledi. 2020’de pazar payı %34’ün üzerindeydi, bir yıl sonra yaklaşık %30’a geriledi.

IDC’ye göre, Apple’ın 2024’ün 1. çeyrekten 3. çeyreğine kadar olan dönemdeki pazar payı %16,2 idi ve 22,5 milyon sevkiyat kaydetti; bu, geçen yıl aynı dönemde %18,4’ten düşüş anlamına geliyor. Bu durumla Apple, Huawei’nin 23,6 milyon sevkiyat ve %16,9 pazar payı ile birinciye geçmesiyle ikinci sırada yer alıyor. Bu ikisini Xiaomi, Samsung ve BBK izliyor. Dolayısıyla Apple hâlâ güçlü bir varlık sürdürse de artık sert bir rekabetle karşı karşıya.

Tüm bunların ortasında Apple, giyilebilir teknolojisi üzerinde çalışmaya devam ediyor ve cihazlarını katılımcıların sağlık değişikliklerini izlemek için bir çalışmada kullanma yönünde sağlık araştırma hedeflerini genişletiyor. Şirket, insanların günlük olarak kullandığı cihaz ve uygulamalardan yararlanarak zihinsel ve fiziksel sağlık arasındaki bağlantıları, sosyal belirleyicileri ve bunların bir kişinin genel refahına nasıl etki ettiğini değerlendirmeyi amaçlıyor.

Bu, bir kişinin sağlık verilerindeki sinyalleri tanımlayarak potansiyel bir sağlık durumunu tespit etmeye yardımcı olmak içindir. Apple Health Study, ekibin iPhone’da Walking Steadiness ve Apple Watch’ta Vitals gibi yeni araçlar geliştirmesine “değerli içgörüler” kazandıran Research uygulamasında kullanılabilir olacak.

Geçtiğimiz yıl şirket, akıllı gözlükler, bir fitness yüzüğü ve hatta kameralı AirPods gibi yeni giyilebilir cihazlar geliştirme fikrini araştırmaya başladı.

Parmağa takılacak bir akıllı yüzük, birkaç yıl önce tasarım ekibi tarafından Apple Watch’tan sağlık izleme özelliklerini alacak şekilde önerilmişti; ancak en son mühendisler, ses sağlayabilen, kamera ve yapay zeka kullanarak nesneleri tanımlayabilen ve nihayetinde Apple’ın tüm gün takılabilecek gerçek AR gözlükleri yaratma hedefi için bir sıçrama tahtası olabilecek akıllı gözlük olasılığını tartıştı.

Şirket ayrıca AirPods kulaklıkları, Vision Pro kulaklık, Beats kulaklıkları, HomePod hoparlör ve Apple Watch üzerinde yoğun bir şekilde çalışarak giyilebilir cihaz işini artırıyor.

İlginç bir şekilde, Apple optik sensörlere dayanmayarak Apple Watch’ta kan basıncı izlemeyi mümkün kılabilecek yeni bir akıllı saat teknolojisi için patent aldı. Şu anda Apple Watch, kalp atış hızı ve düzensiz ritim bildirimleri, AFib geçmişi, ECG uygulaması, düşük kardiyo fitness bildirimleri, kan oksijen seviyesi ve düşme algılama gibi güçlü uygulamalar sunarak insanların sağlıklı yaşamalarına yardımcı oluyor.

Ancak bu hepsi değil. Apple’ın AirPods Pro 2 kulaklıkları, reçetesiz işitme cihazı işlevselliği bile sunuyor. İşitme testi etkileyici derecede doğru olmakla birlikte, sadece hafif ila orta dereceli işitme kaybı olan kişiler için uygundur.

Şimdi, şirketin finansal sağlığı — Apple, yakın zamanda 28 Aralık 2024’te sona eren 2025 mali yılı 1. çeyrek finansal sonuçlarını raporladı. Bu “şimdiye kadarki en iyi çeyrek”te Apple, 124,3 milyar dolar gelir ve hisse başına 2,40 dolar seyreltilmiş kazanç elde etti; bu da sırasıyla %4 ve %10 yıllık artış anlamına geliyor.

Gelir, iPhone’lardan 69,14 milyar dolar, Mac ürünlerinden 8,99 milyar dolar, iPad’lerden 8,09 milyar dolar ve diğer ürünlerden, yani Apple Watch, AirPods, Beats ve Vision Pro satışlarını içeren Wearables (giyilebilir cihazlar) olarak adlandırılan 11,75 milyar dolar içeriyordu. Giyilebilir cihaz kategorisi yıllık bazda %2 düşüş gördü.

Bu arada, hizmetlere 26,34 milyar dolar harcandı; bu harcama abonelikler, garantiler ve lisans anlaşmalarını içeriyordu. Kazanç görüşmesinde CEO Tim Cook, şirketin bir milyardan fazla aboneliği olduğunu belirtti. Bu, Apple TV+ ve iCloud gibi hizmet aboneliklerini ve App Store üzerinden üçüncü taraf uygulamalara abonelikleri kapsar.

Şirketin güçlü işletme marjları, EPS’yi iki haneli büyümeyle yeni bir tüm zamanların en yüksek seviyesine taşıdı; bu da teknoloji devine hissedarlarına 30 milyar doların üzerinde geri ödeme yapma imkanı verdi ve yönetim kurulu hisse başına 0,25 dolar nakit temettü ilan etti.

Apple’ın aktif cihaz kuruluğu, tüm ürün ve coğrafi segmentlerde yeni bir zirveye ulaştı. Ancak, cihaz satışları Çin’de %11,1 azaldı. iPhone satışları ise Apple Intelligence’ın mevcut olduğu bölgelerde daha güçlüydü, Cook belirtti.

“Apple silikonunun gücü sayesinde, Apple Intelligence ile kullanıcılarımıza yeni olanaklar sunuyoruz; bu da uygulamaları ve deneyimleri daha iyi ve daha kişisel hale getiriyor.”

– Cook

Bu nedenle Apple, bu yıl ortasına kadar iPhone’larına AI özellikleri getirmek için Alibaba ve Baidu ile çalışıyor.

Sonuç

Sağlık hizmetlerinin kişiselleştirilmesi, tıbbın geleceğidir. Bu, nihayetinde hasta sonuçlarını iyileştirebilir, hastalık yükünü azaltabilir ve sağlık maliyetlerini düşürebilir; ancak elbette bu, kişinin tam olarak neye ihtiyacı olduğunu bilmek ve ardından doğru ilaç, besin ve metabolit karışımını sunmak anlamına gelir.

Bunun için, belirli sağlık biyobelirteçlerini sürekli ölçüp izlemek için bir yönteme ihtiyacımız var; yeni çalışma bunu gösterdiği gibi, giyilebilir teknoloji bu konuda büyük bir yardımcı olabilir.

Yazdırılabilir çekirdek-kabuk nanoparçacıklar geliştirerek, araştırmacılar uzun ömürlü, giyilebilir biyosensörlerin kitlesel üretimine doğru büyük bir adım attı. Bu sensörlerin kronik durumları izlemekten kanser hastaları için ilaç dozlarını kişiselleştirmeye kadar olan çok yönlülüğü, hassas tıpta yeni kapılar açıyor.

Bu tür teknolojik ilerlemeler, hem hastalara hem de sağlık hizmeti sağlayıcılarına sürekli ve bireyselleştirilmiş sağlık içgörüleri sunabilir ve kişiselleştirilmiş, veri odaklı sağlık yönetiminin günlük hayatımıza sorunsuz bir şekilde entegre edildiği bir geleceğe daha da yaklaştırır!

En iyi giyilebilir sağlık izleme şirketlerinin listesi için buraya tıklayın.