核心要点
（一个由 UCLA 牵头的团队开发出一种更具韧性且更灵敏的微针传感器，能够通过皮肤层面的药物清除率测量，识别出早期肾脏和肝脏损伤的迹象。图片由 Emamineiad 实验室/UCLA 提供）
可穿戴技术正开始重塑人们的健康管理方式。在糖尿病患者中广泛应用的连续血糖监测仪，已经展现了实时追踪关键生物分子的强大能力。而下一步的跨越式发展，在于追踪其他具有重要医学价值的分子。然而，要实现这一点困难重重，因为这类分子的浓度大多远低于葡萄糖。
药物治疗正是可穿戴技术有望带来彻底变革的领域之一。目前，许多强效药物的使用仍需依赖血液检测来管理，而这些检测只能提供患者身体代谢药物的零星“快照”。对于必须精确给药以避免伤害的药物而言，临床医生很容易错过那个临界点——即剂量过低导致无效，或过高开始威胁代谢器官的时刻。
为此，一个由加州大学洛杉矶分校（UCLA）牵头的研究团队开发出了一种微针传感器平台，旨在通过皮肤进行连续、微创的监测来解决这一难题。在发表于《科学转化医学》（Science Translational Medicine）的一项研究中，研究人员表明，这些传感器可以在大鼠体内连续运作六天，不仅能追踪药物浓度随时间的变化，还能通过测量身体清除药物的速度，反映出肾脏和肝脏的功能状况。
这项进展有望开启这样一个未来：医生能够实时实现个性化精准给药，并在器官功能开始衰退时更早介入干预。除了药物监测，该技术还有望将连续分子监测应用于更广泛的健康状况中，捕捉那些随时间变化、关乎健康和治疗反应的重要信息。
为信号质量和耐用性而设计
通常，微针传感器的工作原理是在其表面修饰特定的传感分子，以识别目标物质。当目标化学物质与传感分子结合时，会改变微针产生的电信号。
研究人员重新构想的传感器设计，在保护这些传感分子的同时，也极大地提高了微针的灵敏度。
这一突破主要得益于一层牢固附着的金涂层，该涂层表面布满了纳米级空腔——即仅在十亿分之一米尺度上可见的微小结构。当修饰传感分子时，大量分子会嵌入这些空腔内，从而更好地抵御皮肤组织的摩擦磨损，并避免蛋白质等生物材料的堆积干扰。
（凭借其表面的微小空腔，重新设计的微针为传感分子提供了近100倍的表面积，同时有效保护它们免受磨损和生物污染。图片由 Emamineiad 实验室/UCLA 提供）
这种保护机制将传感器在自由活动大鼠体内的运作时间，从短短几小时大幅延长至六天。此外，这种特殊的纹理表面也显著扩大了用于检测的有效面积。
“通过将有效表面积增加到光滑微针的近一百倍，我们不仅为传感分子提供了更多的附着空间，还有助于在组织内使用时保护它们——从而在增强信号的同时有效降低了噪音，”该研究的第一作者、埃马米内贾德互联与集成生物电子实验室前成员、2025年从UCLA毕业的Jialun Zhu表示。
得益于该技术的高灵敏度，单根微针就足以监测单一的分子目标。这也为更广泛的传感策略预留了空间：未来的版本可以在同一个贴片上使用不同的针头，以同时追踪多种分子。研究人员还表明，该平台能够兼容多种类型的传感化学方法，可与基于DNA和基于工程抗体的技术协同工作。
监测药物清除率并更早地发现器官损伤
在这项研究的临床前实验中，研究人员利用微针追踪了两种药物：一种由肝脏代谢的化疗药物，以及一种由肾脏清除的抗生素。
“对于这些药物而言，如果剂量稍低，可能无法达到预期的治疗效果；而如果剂量过高，则可能损害负责代谢和清除它们的器官。”埃马米内贾德（Emaminejad）解释道。
通过持续追踪药物浓度的升降变化，研究人员得以推断出这些器官的功能状况。实验结果显示，肝脏受损的大鼠表现出化疗药物清除延迟，而肾脏受损的大鼠则显示出抗生素清除延迟。
在另一项实验中，研究团队对动物进行了为期两周的追踪，观察其不断恶化的肾功能衰竭过程，随后又进行了为期两周的促恢复治疗。微针采集的数据成功捕捉到了药物清除率随病情加重而下降、并在恢复期逐渐改善的全过程。
研究人员还发现，在肾脏损伤发生的第一周，微针的测量结果就已经显示出药物清除功能受损的迹象。而在同一时期，血液肌酐（用于评估肾功能的常规生物标志物）的水平仍低于提示损伤的临床阈值。这一结果有力地表明，在某些情况下，该平台能够比标准检测更早地发现具有临床意义的病理变化。
研究人员的下一步目标是将该技术推进至人体临床试验阶段。
研究资助：
UCLA、麻省理工学院（MIT）、西北大学、杜克大学和斯坦福大学的研究人员——获得了美国国立卫生研究院（NIH）、伊丽莎白·K·哈里斯基金会信托基金（Elisabeth K. Harris Foundation Trust）、囊性纤维化基金会（Cystic Fibrosis Foundation）、艾伦·施密特慈善基金（Allan Smidt Charitable Fund）、拉尔夫·布洛克家族基金会（Ralph Block Family Foundation）、克莱曼基金（Kleeman Fund）、法克特家族基金会（Factor Family Foundation）、陈·扎克伯格生物中心芝加哥（Chan Zuckerberg Biohub Chicago）、CNSI 埃尔曼家族基金会创新基金（Elman Family Foundation Innovation Fund）、UCLA 研究与创意活动副校长办公室、UCLA 研究生院长学者奖（UCLA Graduate Dean's Scholar Award）以及 UCLA 电气与计算机工程系奖学金（UCLA Electrical and Computer Engineering Department Fellowship）
作者：Wayne Lewis
来源：CNSI-UCLA
