Solltest du jetzt auf die Toilette rennen? Oder kannst du es behalten, bis du nach Hause kommst? Ein neues Implantat und die zugehörige Smartphone-App könnten eines Tages das Rätselraten aus der Gleichung eliminieren.
Forscher der Northwestern University haben ein neues weiches, flexibles und batterieloses Implantat entwickelt, das an der Blasenwand befestigt wird, um die Füllung zu erfassen. Dann wird es drahtlos -; und gleichzeitig -; überträgt Daten an eine Smartphone-App, sodass Benutzer ihre Blasenfülle in Echtzeit überwachen können.
Die Studie wird nächste Woche im veröffentlicht Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Es ist das erste Beispiel eines bioelektronischen Sensors, der eine kontinuierliche Überwachung der Blasenfunktion über einen längeren Zeitraum ermöglicht.
Während dieses neue Gerät für den Durchschnittsmenschen unnötig ist, könnte es für Menschen mit Lähmungen, Spina bifida, Blasenkrebs oder Blasenerkrankungen im Endstadium eine Wende bedeuten. bei denen die Blasenfunktion häufig beeinträchtigt ist und eine Operation zur Blasenrekonstruktion erforderlich sein kann. Das Sensorsystem kann es Ärzten auch ermöglichen, ihre Patienten aus der Ferne und kontinuierlich zu überwachen, um besser informiert zu sein –; und schneller -; Behandlungsentscheidungen.
„Wenn Blasennerven durch eine Operation oder durch eine Krankheit wie Spina bifida geschädigt werden, verliert der Patient häufig das Gefühl und ist sich nicht bewusst, dass seine Blase voll ist“, sagte Guillermo A. Ameer von Northwestern, der die Arbeit mit leitete. „Um die Blase zu entleeren, müssen sie häufig Katheter verwenden, was unbequem ist und zu schmerzhaften Infektionen führen kann. Wir wollen den Einsatz von Kathetern abschaffen und die derzeitigen Verfahren zur Überwachung der Blasenfunktion umgehen, die sehr invasiv und sehr unangenehm sind und in einem Krankenhaus oder einer klinischen Umgebung durchgeführt werden müssen.“
Als Experte für regenerative Technik ist Ameer Daniel Hale Williams-Professor für Biomedizinische Technik an der McCormick School of Engineering im Nordwesten und Professor für Chirurgie an der Feinberg School of Medicine der Northwestern University. Er leitet außerdem das Center for Advanced Regenerative Engineering und das Predoctoral Regenerative Engineering Training Program, das von den National Institutes of Health finanziert wird.
Ameer leitete die Studie gemeinsam mit John A. Rogers und Arun Sharma von Northwestern. Als Pionier der Bioelektronik ist Rogers Louis-Simpson- und Kimberly-Querrey-Professor für Materialwissenschaft und -technik, Biomedizintechnik und neurologische Chirurgie am McCormick and Feinberg. Er leitet außerdem das Querrey Simpson Institute for Bioelectronics. Sharma ist wissenschaftliche außerordentliche Professorin für Urologie bei Feinberg und für Biomedizintechnik bei McCormick. Er ist außerdem Direktor der pädiatrischen urologischen regenerativen Medizin am Stanley Manne Children's Research Institute am Ann & Robert H. Lurie Children's Hospital in Chicago.
Wie es funktioniert und erste Ergebnisse
Aufgrund von Problemen mit Nerven, Gehirn oder Rückenmark leiden Millionen Amerikaner an einer gestörten Blasenfunktion. Diese Probleme können durch angeborene Defekte wie Spina bifida entstehen; wenn eine Person mit einer beschädigten Wirbelsäule geboren wird –; oder traumatische Verletzungen, die zu irgendeinem Zeitpunkt im Leben erlitten wurden. Unbehandelt kann eine schwere Blasenfunktionsstörung zu regelmäßigen Infektionen und Problemen beim Wasserlassen führen und schließlich zu Nierenschäden führen, die sich auf den gesamten Körper auswirken. Die Möglichkeit für Ärzte, ihre Patienten aus der Ferne zu überwachen, könnte schnellere Interventionen ermöglichen.
Zur Überwachung der Blase umfasst das neue Gerät mehrere Sensoren, die zusammenarbeiten, um einen einfachen Parameter zu messen: die Belastung. Wenn sich die Blase füllt, dehnt sie sich aus. Je voller die Blase wird, desto mehr dehnt sie sich. Durch diese Dehnung wird an der elastischen Vorrichtung gezogen, um eine Dehnung anzuzeigen. Wenn sich die Blase entleert, zieht sie sich ebenfalls zusammen, was zu einer Entlastung führt. Da die Sensoren unterschiedliche Belastungsgrade erkennen, überträgt das Gerät diese Informationen mithilfe der integrierten Bluetooth-Technologie an ein Smartphone oder Tablet.
Der entscheidende Fortschritt liegt hier in der Entwicklung superweicher, ultradünner, dehnbarer Dehnungsmessstreifen, die die Außenfläche der Blase sanft umschließen können, ohne das natürliche Füll- und Entleerungsverhalten mechanisch einzuschränken.“
John A. Rogers, Northwestern University
In Kleintierstudien lieferte das System 30 Tage lang erfolgreich Echtzeitmessungen der Blasenfüllung und -entleerung. In einer Studie mit nichtmenschlichen Primaten lieferte das System dann acht Wochen lang erfolgreich Informationen. Die Forscher zeigten auch, dass die Sensoren empfindlich genug sind, um Belastungen durch sehr geringe Urinmengen zu erkennen.
„Diese Arbeit ist die erste ihrer Art, die für den menschlichen Gebrauch skaliert ist“, sagte Ameer. „Wir haben die potenzielle langfristige Funktion der Technologie demonstriert. Je nach Anwendungsfall können wir die Technologie so gestalten, dass sie dauerhaft im Körper verbleibt oder sich harmlos auflöst, nachdem sich der Patient vollständig erholt hat.“
Blasenregeneration und Wiederherstellung der Funktion
Obwohl die neue Technologie für sich genommen nützlich ist, sieht Ameer sie als eine Komponente eines vollständig integrierten Systems zur Wiederherstellung der Blasenfunktion.
Erst letzten Monat stellten Ameer und Sharma ein biologisch abbaubares synthetisches, flexibles „Blasenpflaster“ vor, das in PNAS Nexus veröffentlicht wurde. Das „Pflaster“ auf Citratbasis ist mit den eigenen Stammzellen des Patienten besiedelt. wird als pro-regeneratives Gerüst (PRS) bezeichnet –; ermöglicht es dem Chirurgen, die Blase zu rekonstruieren oder neu aufzubauen, ohne dass Darmgewebe entnommen werden muss, was der derzeitige klinische Standard für diese Operation ist. Der „Patch“, der sich mit dem natürlichen Blasengewebe ausdehnt und zusammenzieht, unterstützt die Migration und das Wachstum von Blasenzellen. Dann löst es sich langsam auf und hinterlässt neues Blasengewebe. Die Forscher zeigten, dass das neue Gewebe während der zweijährigen Studie funktionsfähig blieb.
„Wir arbeiten daran, unsere Blasenregenerationstechnologie mit dieser neuartigen drahtlosen Blasenüberwachungstechnologie zu integrieren, um die Blasenfunktion wiederherzustellen und den Genesungsprozess nach der Operation zu überwachen“, sagte Ameer. „Diese Arbeit bringt uns der Realität intelligenter regenerativer Systeme näher, bei denen es sich um implantierbare pro-regenerative Geräte handelt, die in der Lage sind, ihre Mikroumgebung zu untersuchen, diese Ergebnisse drahtlos außerhalb des Körpers zu melden (an den Patienten, das Pflegepersonal oder den Hersteller) und sie bei Bedarf oder programmiert zu aktivieren Reaktionen, um den Kurs zu ändern und die Geräteleistung oder -sicherheit zu verbessern.“
„Diese Technologie stellt einen bedeutenden Fortschritt dar, da diesen Patienten derzeit keine anderen auf Tissue Engineering basierenden Ansätze zur Verfügung stehen“, sagte Sharma. „Ich bin zuversichtlich, dass dies dazu beitragen wird, die Lebensqualität vieler Patienten zu verbessern, die nun auf die Verwendung von Darmgewebe und die damit verbundenen unzähligen Komplikationen verzichten können.“
Weiter: Urinieren nach Bedarf
Ameer arbeitet weiterhin mit Rogers und Sharma zusammen, um neue Funktionalitäten in das System zu integrieren. Sie erforschen derzeit Möglichkeiten, wie das Implantat die Blase dazu anregen könnte, bei Bedarf Wasserlassen auszulösen.
„Zusätzlich zur Überwachung des Füllvorgangs wird die App in der Lage sein, Warnungen an den Patienten zu senden und ihn dann zu Standorten für die nächstgelegenen Toiletten zu leiten“, sagte Ameer. „Außerdem werden Patienten eines Tages in der Lage sein, das Wasserlassen bei Bedarf über ihr Smartphone auszulösen.“
Ameer, Sharma und Rogers sind Mitglieder des Simpson Querrey Institute for BioNanotechnology. Ameer und Rogers sind außerdem Mitglieder des Chemistry of Life Processes Institute und des International Institute for Nanotechnology; und Rogers ist Mitglied des Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center der Northwestern University.
Die Studie „Ein drahtloses, implantierbares bioelektronisches System zur Überwachung der Harnblasenfunktion nach chirurgischer Genesung“ wurde vom National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Disease und dem National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering unterstützt.
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- Quelle: https://www.news-medical.net/news/20240326/New-battery-free-implant-allows-users-to-monitor-their-bladder-fullness-in-real-time.aspx
