麻省理工团队获资金支持 开发早期疾病检测可穿戴设备

麻省理工学院的研究人员将领导一个为期四年、资助金额最高达3800万美元的项目，该项目由美国卫生高级研究计划署（ARPA-H）资助，目标是开发一种无创可穿戴贴片，可持续监测心脏病和败血症的生物标志物。

该项目名为PYTHIA，是”预测性生理与治疗健康干预及适应性管理平台”的缩写。

根据项目计划，这款贴片将实时捕捉临床级健康信息，并由患者体温提供动力。它可以提供关键信息，帮助临床医生在疾病造成不可逆损害之前及早诊断出心力衰竭和败血症。

研究人员认为，这种微创设备还可以在患者出院后追踪其康复进展，并协助临床医生制定更有效的治疗方案。

应对常见致命疾病

心脏病是美国的首要死因，而根据美国疾病控制与预防中心的数据，败血症每年至少导致35万美国成年人死亡，是医院内的主要死因。

“我们将这些疾病作为目标，是因为它们具有很高的致死性，但我们也看到了检测与心脏病和败血症相关生物标志物的机会，可以提供真正有助于改善诊断和治疗的解决方案，”项目首席研究员、麻省理工学院电气工程与计算机科学系（EECS）实践教授、电子研究实验室成员艾哈迈德·巴海（Ahmad Bahai）说。

参与该项目的麻省理工学院研究人员还包括EECS系威廉·R·布罗迪教授乔尔·沃尔德曼（Joel Voldman）；化学系约翰·D·麦克阿瑟教授蒂姆·斯瓦格（Tim Swager）；化学工程系威拉德·亨利·道教授哈德利·西克斯（Hadley Sikes）；以及EECS系尼娜·T和罗伯特·H·鲁宾教授科林·斯图尔特（Colin Stultz）；此外还有其他临床和产业合作者。

“我们已经建立起一个以麻省理工学院为核心的研发生态系统，不仅促进前沿研究，还为转化为可在临床使用的设备铺平道路，”巴海说。”我们这个项目的目标是影响个性化医疗保健的未来。”

PYTHIA项目源自麻省理工学院健康科学与半导体计划（HS+S），巴海三年前加入麻省理工学院时与人共同创立了该计划。该计划专注于利用半导体技术和纳米技术的进步，发明新的变革性诊断、治疗和药物发现方法。

受此前在连续血糖监测仪方面成功研究的启发，巴海在其”波浪、咬合与分子”实验室中开展涵盖电化学器件、光学、磁学和超声学等广泛技术的研究。他的团队目标是提供能够持续追踪生物标志物的临床级可穿戴设备，以实现实时干预技术。

血糖监测仪的研究启发了巴海及其同事，思考利用半导体技术还能实时监测哪些其他生物标志物，由此促成了PYTHIA项目的启动。

这款基于芯片的可穿戴贴片将监测组织间液（皮肤下的液体）中的心力衰竭和败血症生物标志物。这些与疾病发生相关的血浆分子生物标志物由于浓度极低而难以检测。

为了详细测量这些生物标志物，该系统将执行一种化学反应，将某些化学物质与组织间液中的生物标志物分子结合，使其更易被识别。贴片中的先进微电子元件将进行测量，以足够的灵敏度捕捉满足临床应用需求的生物标志物数据。

由于该设备将持续进行测量，积累大量数据，PYTHIA将整合芯载AI模型，将原始数据转化为对临床医生有用的信息。

“这就像让患者每15分钟左右做一次血液检测，但这一切都是自动发生的。这就是这项技术的强大之处，”巴海说。

接下来，团队将开始为这款体积小、功耗低的芯片开发和测试电子元件。然后他们计划推动这款可穿戴设备经过临床前和临床试验，直至可以实现商业化规模生产，巴海说。

“这个项目在改善医疗保健方面具有真正的潜力，因为除了利用麻省理工学院的前沿科学技术外，我们还与具备实际约束条件、监管环境和临床需求直接经验的临床和产业合作者展开合作，”他说。”这项研究的影响可能是巨大的。”

PYTHIA项目通过ARPA-H的Delphi计划获得资助，该计划由项目经理伦纳德·坦德（Leonard Tender）领导。Delphi研究团队将微电子设计策略应用于生物传感领域，力图开发能够安全、可靠且持续监测人体内部健康信号的设备。

本文所述项目由ARPA-H支持，协议编号为AY2AX000243。本公告内容不一定代表卫生高级研究计划署的官方观点。