醫療感測器愈來愈神奇,未來你將吞數位藥丸、被植入晶片⋯⋯

作者 | 發布日期 2017 年 06 月 03 日 12:00 | 分類 生物科技 , 醫療科技 follow us in feedly

從 IT 到醫療,感測器的應用高速進展,電影裡的異想世界成為現實,不過是早晚的事。 本文分享 3 個醫療感測器應用實例,生醫世界,進步比你想像得快!



今年是 2017 年,人類生活形態已經改變了 10 年。10 年前一個偉大的產品正式問世,沒錯!就是第一代 iPhone,除了讓網路帶著走之外,另一個創舉就是以觸控面板改變了人類與機器互動的模式。

血糖感測器再進化
持續性監控掌握血糖變化

就技術架構角度,觸控面板之所以可以動作,是因為搭載了觸控感測器(touch sensor)。而所謂的感測器,意指「能將待測物理量或化學量轉換成另一對應可記錄的輸出裝置」,可用以接收信號,或透過變化量制動反應,應用功能主要為用來替代人類的感官,進而檢測外界訊息,包含視、聽、觸、嗅、味覺等。部分感測器還可偵測人類無法判斷的訊息,如地磁、方位、超音波、紫外線等,搭配不同的控制晶片,應用相當廣泛。

回頭再看第一代 iPhone,上面搭載的感測器大概就只有 200 萬畫素的影像感測器(CMOS image sensor,CIS)和觸控感測器兩顆。目前最新的 iPhone 7,1,200 萬畫素與 700 萬畫素的 CIS、指紋辨識器、觸控感測器、氣壓感應器、重力感測器、三軸陀螺儀、加速感應器、接近感應器、環境光度感應器、磁感測器、輔助式全球定位系統、全球導航衛星系統、霍爾感測器等至少 14 顆感測器。

就 iPhone 的例子,每一顆感測器都代表至少一種不同的功能應用,也代表著這 10 年間人類利用搭載感測器的裝置、機器,可以延伸的應用愈來愈多,而醫療相關領域也正如火如荼發展中。

胰臟的功能是分泌胰島素以控制血液中的葡萄糖濃度。所謂的第一型糖尿病患者,其胰臟無法產生胰島素,如果血糖過低,病人會暈倒;如果過高,會對眼睛、神經和動脈造成長期的危險。所以患有這種疾病的人必須每天刺穿手指檢查血糖,根據計畫的膳食和運動進行計算,並調整注射胰島素。上述的血糖偵測動作,對一般人的日常生活顯然是一個負擔。許多人甚至擔心,在晚上睡眠期間,若無法得知血糖濃度,患者就無法及時醒來處理低血糖,可能導致可怕的後果。

傳統的「指血檢測」最大的缺點之一,就是檢測與檢測中間的血糖變化是無法得知的。而連續式血糖監測器就是為了解決這個問題,它可在血糖出現異常時即時發出警訊,近幾年最成功的當屬 Dexcom 的連續性血糖監測系統 G5。

Dexcom 成立於 1999 年,主攻連續性血糖監測器市場,2012 年 10 月經美國食品暨藥物管理局(FDA)批准上市的第 4 代連續血糖監測器 G4 Platinum,可對應如 iPhone、iPod、iWatch 等行動裝置,已是美國最受歡迎的連續血糖監測器。

G5 則是更先進的版本,與 G4 最大的差別是,可利用藍牙無線傳輸,將監測數據直接上傳到智慧型手機等行動裝置,提高使用者便利性。另外,Dexcom 所設計的 App 應用程式,除了適用患者本身安裝,也有提供給醫師與家屬安裝的版本,得以進一步確保患者的血糖與健康狀況。2016 年 12 月 FDA 核准 G5 上市,G5 並於今年 3 月獲得聯邦醫療保險(Medicare)納入給付資格,可望造福更多糖尿病患者。

Dexcom 的 G5 監測系統包含了一個小型血糖感測器與接受器,再透過智慧型手機或平板電腦顯示與統計相關資料。患者僅須將感測器插入皮膚,植入過程無痛也無血,即使洗澡也能配戴;Dexcom 每隔 5 分鐘即可測一次組織間液的血糖數據,一天可測試 288 次血糖數據,並透過無線傳輸到接受器與智慧型手機等裝置。根據測量數據,監測器內建的演算法將幫助病患做出醫療決策,注射適量的胰島素,以維持血糖正常濃度。

吞下一顆感測器藥丸
就能追蹤病患的用藥狀況

要讓精神分裂症疾病的病患吃藥是一件困難的事!不過,現在有新的發明可以協助追蹤病患是否準時吃藥。根據一項統計研究,74% 患有嚴重精神疾病的病患,在服藥 18 個月後就會停止服藥,所以用藥的依從性(medication adherence)對這群病患是特別嚴重的問題。

如何了解病患用藥的依從性?只要在病患的手臂上,貼一塊像 OK 繃大小、裝有感測器的貼布,就可以追蹤病患是否正常服藥。偵測訊息的道理很簡單,只要吞下藏有小小晶片的藥丸,晶片的兩端分別加上了鎂和銅,一旦進入人體的胃,接觸到胃酸之後,兩種金屬就會產生小的電壓,貼在手臂上的貼布就可偵測訊號,並傳送到手機應用程式,進而將信息傳給病患家屬或是醫師。

日本大塚藥廠和美國加州的 Proteus Digital Health 合作,將治療精神疾病的暢銷藥 Abilify,裝上具感測功能的晶片。

由於大塚的精神疾病用藥 Abilify 和 Proteus 可消化的晶片已通過 FDA 核准,現在雙方將晶片裝在 Abilify 藥丸上,也就是新世代的數位藥丸(digital medicine),希望獲得 FDA 核准上市。不過,FDA 還需要更多的臨床數據才會核准藥證。

據了解,2013 年 Abilify 是美國銷售第一名的藥物,但 2015 年專利到期後,銷售直線下滑,大塚藥廠希望以其他方式提升銷售額,數位藥丸正是一個好方法。

其實,數位藥丸的發展不只能了解病患服藥依從性的問題,其中有許多待開發的大數據,可進一步了解藥物應用與研發;因此,大藥廠不願缺席,而目前諾華大藥廠和國際通訊大廠高通,也共同投資 10 億美元展開研發。

神經塵微小如沙粒
目標:植入人腦蒐集數據

2016 年夏天,美國加州大學柏克萊分校的研究團隊在神經科學期刊《Neuron》發表研究,他們研發出一種名為「神經塵」(neural dust)的感測器,大小只有 1 立方毫米、如同沙粒,已成功植入實驗鼠的肌肉和神經。

這顆神奇的感測器,可植入人體蒐集數據並刺激神經,同時擁有無線充電功能,藉著感測器內的壓電晶體,透過超音波供應電源回傳身體器官的監測數據。這項技術目前可應用於周圍神經系統,例如控制膀胱和抑制食慾等;終極目標則是植入腦部,做為腦機介面,進一步用於控制義肢等。當然,神經塵要進入人體還有一段路要走,若想達到終極目標植入腦部,更是難上加難;因為要將感測器植入腦部且保用 10 年、甚至一輩子,感測器至少要縮小到 50 微米,相當於一根頭髮的寬度才行,目前仍是不可能的任務。

無疑的,這是體內即時監測數據的重大革命,想像中的藍圖早已存在,只是如何將極其微小的感測器植入人體深處,始終是罩門;如今,科學家已成功突破技術瓶頸,就等何時進入人體臨床。

上述 3 個感測器案例,凸顯科技與生醫的加速融合,也顛覆了未來的醫藥生態;然而,在驚豔科學進步之餘,或許該進一步深思,一旦產業生態改變,商業模式就會跟著變,而每一次的改變,總是危機與轉機並存,無論是投資、職涯規畫,甚至是對生命本質的省思,都是一次歷練。

數位藥丸目前或許差了臨門一腳,然而一旦獲准上市,就有機會擴散到其他慢性病,為人子女不用再擔心長輩忘記吃藥,醫護人員也能追蹤患者用藥狀況……一個與物聯網更深的連結生態正默默建構中。

因為科技加速融合,未來生技醫療或者大健康產業,一定會有重大改變,人才聚落也可能位移,值得讀者細細思考與持續追蹤。不過,話又說回來,最新的 iPhone 7 搭載了 14 顆感測器,如果將來科技登峰造極,我們吃的、喝的、植入的感測器不知凡幾?這又會是一個什麼樣的瘋狂異想世界!

(本文由 財訊 授權轉載;首圖來源:shutterstock)