Onderzoekers ontwikkelen injecteerbare 'slimme tatoeages' die op een dag je gezondheid kunnen monitoren

Door Samantha Bresnahan, CNN op 26 juli 2023

Tatoeages worden beschouwd als een van de oudste kunstvormen. Ze gaan duizenden jaren terug en worden door vele culturen in de geschiedenis van de mensheid gebruikt. Nu geloven sommige onderzoekers dat de volgende generatie tatoeages meer zal zijn dan alleen markeringen - door te helpen onze gezondheid in de gaten te houden.

Het maken van "slimme tatoeage" pigmenten die onder de huid geïnjecteerd kunnen worden om bepaalde biomarkers in het menselijk lichaam te monitoren vereist een samenwerking tussen "wetenschappers, ingenieurs en ontwerpers", zegt Dr. Ali Yetisen, een onderzoeker aan de afdeling Chemical Engineering aan het Imperial College in Londen.

Zijn concept vervangt conventionele tatoeage-inkt door "functionele materialen", aldus Yetisen, en creëert "tatoeages die van kleur veranderen als reactie op externe stimuli", zoals een verandering in de bloedsuikerspiegel voor mensen met diabetes, het monitoren van nier- of leverfuncties of het waarschuwen van atleten voor uitdroging.

Yetisen begon zijn werk als postdoctoraal onderzoeker aan de Harvard Medical School. Samen met collega-onderzoekers van Harvard en MIT debuteerde hij in 2017 met een proof of concept genaamd Dermal Abyss. Vier biosensoren veranderden van kleur in reactie op "drie stukken biochemische informatie in lichaamsvloeistof", waaronder glucose- en pH-waarden, aldus MIT.

"We hopen dat deze innovatieve technologieën een algemeen platform zullen vormen om diagnostische technologieën te gebruiken," zegt Yetisen, waaronder een "breed scala aan implanteerbare en injecteerbare sensoren die de menselijke conditie in realtime kunnen rapporteren en weergeven."

Onzichtbare inkt

Terwijl het werk van Yetisen en zijn team zich richt op het lichaam van binnenuit, werkt een onderzoekslaboratorium onder leiding van Dr. Carson Bruns aan slimme tatoeages om externe factoren in de gaten te houden, zoals blootstelling aan straling of UV-licht, een belangrijke oorzaak van huidkanker - "verreweg de meest voorkomende vorm van kanker" volgens de American Cancer Society.

Bruns, een assistent-professor werktuigbouwkunde aan de Universiteit van Colorado Boulder, zegt dat hij zijn eerste tatoeage kreeg toen hij 19 jaar oud was, waardoor zijn liefde voor de kunst oversloeg in zijn onderzoek. In 2020 maakte hij deel uit van een team dat een artikel publiceerde over een kleine, lichtgevoelige tatoeage die de "zonnesproet" werd genoemd - een "klein puntje aangedreven door de zon", zoals Bruns het omschrijft. De anders onzichtbare tatoeage onthult zichzelf wanneer iemand wordt blootgesteld aan UV-licht, bijvoorbeeld wanneer iemand te lang in de zon is geweest, en verdwijnt wanneer er meer zonnebrandcrème is aangebracht of wanneer iemand het zonlicht verlaat.

Overtuigd van de veiligheid, zelfs voordat er bredere tests werden uitgevoerd (er zijn geen FDA-goedgekeurde tatoeage-inkten in de VS, zegt Bruns, en zijn team gebruikt "niet-giftige materialen van medische kwaliteit die een lange geschiedenis van biomedisch gebruik hebben" voor de slimme inkten), gaf Bruns zichzelf verschillende zonnesproeten tatoeages, die ongeveer zes tot acht maanden bleven zitten voordat ze vervaagden, zegt hij.

Het team heeft sindsdien slimme tatoeagepigmenten ontwikkeld die minstens drie jaar kunnen werken, voegt Bruns eraan toe, en die "aan- en uitgezet" kunnen worden door de lichtbron te regelen.

De technologie wordt nu gecommercialiseerd door een nieuw bedrijf genaamd Magic Ink, in samenwerking met Bruns, collega-wetenschapper Jesse Butterfield en de beroemde tatoeëerder Bang Bang. Er is interesse van tatoeëerders om cosmetische redenen en ook voor mogelijke toepassingen in de gezondheidszorg, voornamelijk op het gebied van bestraling, volgens Bruns. Miljoenen patiënten die bestralingstherapie ondergaan, krijgen kleine tatoeages die bestralingstherapeuten helpen om bij elke behandeling dezelfde locatie aan te wijzen. Maar veel patiënten willen de tatoeages niet als een "permanente herinnering aan een traumatische ervaring", legt hij uit.

In plaats daarvan, met behulp van de slimme inkt, "kun je binnenkomen en je bestralingstherapeut kan er een klein UV-lampje op schijnen, je activeert de tatoeage zodat het zichtbaar is en ze kunnen de [stralings]bundel richten," zegt hij, "en zodra je bestraling klaar is, kunnen ze een wit licht op je schijnen en de tatoeage zal verdwijnen ... tot de volgende keer dat je terugkomt voor behandeling."

Bruns ontving onlangs een National Science Foundation CAREER onderzoeksprijs van $ 605.000, los van Magic Ink, waarmee hij naar eigen zeggen meer onderzoek zal financieren naar de algemene veiligheid van slimme tatoeages. "We hopen dat onze resultaten Magic Ink en alle fabrikanten van tatoeage-inkt uiteindelijk zullen informeren over hoe ze de biocompatibiliteit van hun pigmenten te zijner tijd kunnen optimaliseren. Magic Ink zal waarschijnlijk streven naar goedkeuring door de FDA op een bepaald moment in de toekomst, wanneer en als er eindelijk een precedent is voor een FDA goedkeuringsproces voor tatoeagepigmenten in de Verenigde Staten," voegt hij eraan toe.

Een "controlelampje"

Onderzoekers zeggen dat een voordeel van slimme tatoeages ten opzichte van draagbare technologie zoals slimme horloges of glucosemonitors is dat ze niet gehackt kunnen worden of dat de batterij leeg raakt.

"Wearables zijn geweldig," zegt Bruns, maar ze worden uiteindelijk oncomfortabel of moeten na verloop van tijd worden vervangen, en implantaten vereisen vaak invasievere operaties. "Slimme tatoeages zijn het handigst", vindt hij, "omdat het een soort prachtige middenweg is tussen wearables en implantaten."

Volgens Dr. Daniel Kraft, oprichter van NextMed.Health, een platform dat vernieuwers samenbrengt om de toekomst van de gezondheidszorg te herdefiniëren, "staan slimme tatoeages nog in hun kinderschoenen, maar omdat technologie exponentieel versnelt, hebben ze het potentieel om een belangrijke rol te spelen in gezondheid en welzijn, vooral omdat technologie kleiner wordt en gegevens en inzichten meer gepersonaliseerd en proactief worden."

"Goedkope, tijdelijke gezondheidsgerelateerde tatoeages zouden zelfs een rol kunnen spelen bij gezondheidsscreening en in mondiale gezondheids- en volksgezondheidsomgevingen met weinig middelen," voegde hij eraan toe in een e-mail aan CNN.

Kraft, die niet betrokken is bij het onderzoek van Yetisen of Bruns, vergelijkt slimme tatoeages zoals de bloedglucosemonitoring die wordt voorgesteld door het Londense lab van Yetisen, met een "check engine" waarschuwingslampje in een auto, dat iemand kan aanzetten om actie te ondernemen voordat een probleem ernstiger wordt.

Uitdagingen in het verschiet

Maar een uitdaging is om het grote publiek deze technologie te laten accepteren, vinden zowel Yetisen als Bruns. Voor sommige mensen en culturen kleeft er een stigma aan het hebben van een tatoeage, terwijl anderen vragen hebben over de veiligheid van injecties onder de huid.

Tot nu toe is de technologie van Yetisen getest op varkenshuid en de komende drie jaar zal de nadruk liggen op klinische proeven op mensen, zegt hij. Ze worden beschouwd als medische apparaten, dus het is onwaarschijnlijk dat je er een afspraak voor kunt maken bij je plaatselijke tatoeëerder. In plaats daarvan zou het een ziekenhuisomgeving zijn, voegt hij eraan toe, waar een dermatoloog de biosensoren van de tatoeage kan injecteren.

Een andere uitdaging is ervoor te zorgen dat de gegevens en inzichten nauwkeurig genoeg zijn en leiden tot "zinvolle, bruikbare inzichten" voor ziektepreventie, diagnose en therapie, zegt Kraft, en voor alle huidtypen, inclusief donkere huidskleuren. Hij voegt eraan toe dat een andere hindernis voor bredere publieke acceptatie zal zijn of tatoeages vaak opnieuw moeten worden aangebracht, aangezien zelfs traditionele tatoeages na verloop van tijd vaak vervagen.

In zijn huidige vorm kan Yetisens hightech inkt slechts "weken tot maanden worden gebruikt en na een bepaalde tijd wordt het door het menselijk lichaam geabsorbeerd", aldus Yetisen. Zijn team werkt eraan om die periode te verlengen en onderzoekt een idee om op de natuur geïnspireerde bioluminescente sensoren te gebruiken die onder een bepaald licht op de huid gloeien.

Hij ziet een toekomst voor zich waarin astronauten slimme tatoeages in de ruimte kunnen gebruiken om de blootstelling aan straling te meten, voor het opsporen van infectieziekten bij het grote publiek of om chronische ziekten te helpen monitoren.

"Ik denk dat de menselijke huid in het volgende decennium zal dienen als een interactief scherm om een breed scala aan biomarkerveranderingen te laten zien," zegt Yetisen.

Michelle Cohan van CNN heeft bijgedragen aan dit verslag.

Bron: ‘Smart tattoos’ injected into the skin could someday monitor your health | CNN