医疗干预通常需要定时定量给药，因此需要准确的医疗记录。特别是，基于mRNA的给药系统，已被证明是针对不治之症开发疫苗和疗法的通用平台，而这通常需要多次给药。其它许多治疗药物和大多数推荐的儿童免疫接种（例如乙肝疫苗和脊髓灰质炎疫苗）也需要多次给药。如果不能按时完成这些剂量，就有可能得不到最佳保护。
目前，全球有多达40%的病人未能遵医嘱定时定量给药，仅在美国，每年就有125,000人因依从性差而死亡。在撒哈拉以南非洲地区，35%的12到23个月的儿童未能完成推荐的儿童疫苗接种。造成这种现状的因素有很多，例如无法获得或无力负担医疗和疫苗费用，但其中一个重要原因是医疗记录保存系统不完善。纸质卡片和在线数据库等传统方法存在病史病历丢失风险。因此，出现了一些基于指纹扫描、手机应用、微芯片等医疗记录保存手段。然而，这些方法引起了人们对隐私的关注，因为将个人可识别的医疗数据存储在中央数据库中，会带来数据泄露、滥用或质量风险。
据麦姆斯咨询介绍，为此，美国麻省理工学院（MIT）的研究人员利用可溶解微针贴片（MNP）开发了一种强大的患者医疗记录保存（OPMR）技术，该贴片将封装在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）微颗粒中的量子点（QD）近红外（NIR）荧光染料送入皮肤，以编码医疗信息。这种染料一旦沉积到真皮层，肉眼无法看到，从而为病人数据提供了隐私性和匿名性，但其提供的近红外信号，可利用近红外成像系统检测。通过将染料以关联特定信息的预定义模式沉积，医护人员可以对该技术进行成像，以支持下一次给药剂量的决策，而无需连接互联网或使用中央数据库。
用于保存医疗信息的OPMR技术示意图
可溶解微针贴片（MNP）材料和设计
为了使OPMR具有出色的信息容量、安全性和可靠性，研究人员精心设计了微针贴片结构和管理，以实现稳定、最佳的数据传输和寿命，利用纠错码实现了数十亿编码模式的信息容量。此外，研究人员利用机器学习开发了一个时间和空间上可靠的信息检索系统。研究人员还成功地将OPMR与封装在脂质纳米颗粒（LNP）中的强效mRNA疫苗共同递送。这表明OPMR-mRNA微针贴片技术可以同时提供mRNA治疗，以及相应的医疗信息。考虑到它与mRNA-LNPs的生物相容性，以及10⁶到10⁹范围的大编码容量，其应用有望扩展到所有mRNA疗法，以满足正在快速发展的mRNA治疗。该工具可以帮助医护人员在没有可靠记录的现场，就后续给药剂量做出明智的决定，从而提高医疗依从性和全球人口的完全免疫。
基于深度学习对OPMR进行无参数编码和解码
用于时间稳健编码的纠错码
这项OPMR技术利用微针比特的二进制特性（ON/OFF），通过在微针贴片上印制二维（2D）图案来编码信息。OPMR染料沉积到皮肤后，可能会由于吞噬清除、光漂白或物理损伤（如损伤或瘢痕）而导致近红外信号减弱。为了减轻这些潜在的数据损坏，该系统采用了（1）纠错方案，引入冗余以补偿时间信号衰减；（2）基于深度学习的图像处理，以确保在空间变化的情况下仍能进行可靠的模式读取。整个过程包括两个阶段：编码阶段和解码阶段。
研究人员在猪模型中进行的长期研究证明，这种方法可以安全、有效、可靠地联合递送医疗记录以及编码新冠病毒（SARS-CoV-2）的mRNA疫苗。
微针贴片共同递送OPMR和强效mRNA疫苗，成功记录信息并诱导大鼠产生免疫原性
总结与展望
总结，研究人员开发了一种基于微针贴片的强韧OPMR技术，它可以在皮内存储信息，具有出色的时空稳健性和高达数十亿的编码能力。在这项工作中，OPMR与可靠的信息检索和强效mRNA疫苗的共同递送得到了证明，表明该技术有望转化为临床用途。在大流行、自然灾害、难民营或军营等紧急情况下，这种OPMR贴片可按需使用，帮助医护人员在不泄露患者隐私的情况下就后续剂量的使用做出准确的决定。
为了进一步加强这种OPMR的长期可靠性，未来还可以研究更多应用情景（例如，皮肤色素、毛发或图案重叠导致的图案信号衰减）和更长的应用时间（例如，OPMR微针贴片稳定性为一年）。总之，考虑到该技术与mRNA-LNPs的兼容性及其强大的编码能力，可以补充目前正在开发的越来越多的mRNA疗法。由于mRNA疗法旨在防治各种可预防以及无法治愈的疾病，这种OPMR技术为实现医疗公平提供了机遇。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41563-024-02115-4
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