Πρέπει να τρέξεις στο μπάνιο τώρα; Ή μπορείτε να το κρατήσετε μέχρι να φτάσετε σπίτι; Ένα νέο εμφύτευμα και μια σχετική εφαρμογή smartphone μπορεί κάποια μέρα να αφαιρέσει την εικασία από την εξίσωση.

Ερευνητές του Northwestern University ανέπτυξαν ένα νέο μαλακό, εύκαμπτο εμφύτευμα χωρίς μπαταρίες που προσκολλάται στο τοίχωμα της ουροδόχου κύστης για να αισθάνεται το γέμισμα. Στη συνέχεια, ασύρματα -? και ταυτόχρονα -? μεταδίδει δεδομένα σε μια εφαρμογή smartphone, ώστε οι χρήστες να μπορούν να παρακολουθούν την πληρότητα της κύστης τους σε πραγματικό χρόνο.

Η μελέτη θα δημοσιευθεί την επόμενη εβδομάδα στο Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών (PNAS). Σηματοδοτεί το πρώτο παράδειγμα βιοηλεκτρονικού αισθητήρα που επιτρέπει τη συνεχή παρακολούθηση της λειτουργίας της κύστης για παρατεταμένο χρονικό διάστημα.

Αν και αυτή η νέα συσκευή δεν είναι απαραίτητη για τον μέσο άνθρωπο, θα μπορούσε να αλλάξει το παιχνίδι για άτομα με παράλυση, δισχιδή ράχη, καρκίνο της ουροδόχου κύστης ή νόσο ουροδόχου κύστης τελικού σταδίου -. όπου η λειτουργία της ουροδόχου κύστης συχνά διακυβεύεται και μπορεί να απαιτηθεί χειρουργική επέμβαση αποκατάστασης της κύστης. Το σύστημα αισθητήρων μπορεί επίσης να επιτρέψει στους κλινικούς γιατρούς να παρακολουθούν τους ασθενείς τους εξ αποστάσεως και συνεχώς για να ενημερώνονται περισσότερο - και πιο γρήγορα -? αποφάσεις θεραπείας.

«Εάν τα νεύρα της ουροδόχου κύστης καταστραφούν από χειρουργική επέμβαση ή από μια ασθένεια όπως η δισχιδής ράχη, τότε ένας ασθενής συχνά χάνει την αίσθηση και δεν γνωρίζει ότι η ουροδόχος κύστη του είναι γεμάτη», δήλωσε ο Guillermo A. Ameer του Northwestern, ο οποίος ηγήθηκε της εργασίας. «Για να αδειάσουν την κύστη, συχνά πρέπει να χρησιμοποιούν καθετήρες, οι οποίοι είναι άβολοι και μπορεί να οδηγήσουν σε επώδυνες λοιμώξεις. Θέλουμε να καταργήσουμε τη χρήση καθετήρων και να παρακάμψουμε τις τρέχουσες διαδικασίες παρακολούθησης της λειτουργίας της ουροδόχου κύστης, οι οποίες είναι εξαιρετικά επεμβατικές, πολύ δυσάρεστες και πρέπει να γίνονται σε νοσοκομείο ή κλινικό περιβάλλον».

Ένας ειδικός στην αναγεννητική μηχανική, ο Ameer είναι ο Daniel Hale Williams καθηγητής Βιοϊατρικής Μηχανικής στο Northwestern's McCormick School of Engineering και καθηγητής χειρουργικής στο Northwestern University Feinberg School of Medicine. Διευθύνει επίσης το Κέντρο Προηγμένης Αναγεννητικής Μηχανικής και το Προδιδακτορικό Εκπαιδευτικό Πρόγραμμα Αναγεννητικής Μηχανικής, που χρηματοδοτείται από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας.

Ο Ameer συνοδήγησε τη μελέτη με τους John A. Rogers και Arun Sharma του Northwestern. Πρωτοπόρος στη βιοηλεκτρονική, ο Rogers είναι ο Louis Simpson και η Kimberly Querrey Καθηγητής Επιστήμης και Μηχανικής Υλικών, Βιοϊατρικής Μηχανικής και Νευρολογικής Χειρουργικής στο McCormick and Feinberg. Διευθύνει επίσης το Querrey Simpson Institute for Bioelectronics. Ο Sharma είναι επιστημονικός αναπληρωτής καθηγητής ουρολογίας στο Feinberg και βιοϊατρικής μηχανικής στο McCormick. Είναι επίσης διευθυντής παιδιατρικής ουρολογικής αναγεννητικής ιατρικής στο Παιδικό Ερευνητικό Ινστιτούτο Stanley Manne στο Νοσοκομείο Παίδων Ann & Robert H. Lurie του Σικάγο. 

Πώς λειτουργεί και αρχικά αποτελέσματα

Λόγω προβλημάτων με τα νεύρα, τον εγκέφαλο ή το νωτιαίο μυελό, εκατομμύρια Αμερικανοί υποφέρουν από δυσλειτουργική κύστη. Αυτά τα ζητήματα μπορεί να προκύψουν από συγγενή ελαττώματα όπως η δισχιδής ράχη -? όπου ένα άτομο γεννιέται με κατεστραμμένη σπονδυλική στήλη -? ή τραυματικές βλάβες που υπέστη σε οποιοδήποτε σημείο της ζωής. Όταν αφεθεί χωρίς θεραπεία, η σοβαρή δυσλειτουργία της ουροδόχου κύστης μπορεί να προκαλέσει λοιμώξεις ρουτίνας και προβλήματα ούρησης, οδηγώντας τελικά σε νεφρική βλάβη, η οποία επηρεάζει ολόκληρο το σώμα. Η παροχή δυνατότητας στους γιατρούς να παρακολουθούν εξ αποστάσεως τους ασθενείς τους θα μπορούσε να επιτρέψει ταχύτερες παρεμβάσεις.

Για την παρακολούθηση της κύστης, η νέα συσκευή περιλαμβάνει πολλούς αισθητήρες, οι οποίοι συνεργάζονται για να μετρήσουν μια απλή παράμετρο: την καταπόνηση. Καθώς η κύστη γεμίζει, επεκτείνεται. Όσο πιο γεμάτη γίνεται η κύστη, τόσο περισσότερο τεντώνεται. Αυτό το τέντωμα τραβάει τη συσκευή που μοιάζει με ελαστικό για να σηματοδοτήσει την καταπόνηση. Ομοίως, όταν η κύστη αδειάζει, συστέλλεται, γεγονός που στη συνέχεια ανακουφίζει από την καταπόνηση. Καθώς οι αισθητήρες ανιχνεύουν διάφορα επίπεδα καταπόνησης, η συσκευή χρησιμοποιεί ενσωματωμένη τεχνολογία Bluetooth για να μεταδώσει αυτές τις πληροφορίες σε smartphone ή tablet.

Η βασική πρόοδος εδώ είναι η ανάπτυξη εξαιρετικά μαλακών, εξαιρετικά λεπτών, εκτάσιμων μετρητών καταπόνησης που μπορούν να τυλίγουν απαλά την εξωτερική επιφάνεια της ουροδόχου κύστης, χωρίς να επιβάλλουν μηχανικούς περιορισμούς στη φυσική συμπεριφορά πλήρωσης και εκκένωσης».

John A. Rogers, Πανεπιστήμιο Northwestern

Σε μελέτες με μικρά ζώα, το σύστημα παρέδωσε με επιτυχία μετρήσεις σε πραγματικό χρόνο πλήρωσης και εκκένωσης της κύστης για 30 ημέρες. Στη συνέχεια, σε μια μελέτη που χρησιμοποίησε πρωτεύοντα πλην του ανθρώπου, το σύστημα παρέδωσε με επιτυχία πληροφορίες για οκτώ εβδομάδες. Οι ερευνητές απέδειξαν επίσης ότι οι αισθητήρες είναι αρκετά ευαίσθητοι ώστε να ανιχνεύουν καταπόνηση από πολύ χαμηλούς όγκους ούρων.

«Αυτό το έργο είναι το πρώτο του είδους του που έχει κλιμακωθεί για ανθρώπινη χρήση», είπε ο Ameer. «Δείξαμε την πιθανή μακροπρόθεσμη λειτουργία της τεχνολογίας. Ανάλογα με την περίπτωση χρήσης, μπορούμε να σχεδιάσουμε την τεχνολογία ώστε να παραμένει μόνιμα μέσα στο σώμα ή να διαλύεται ακίνδυνα αφού ο ασθενής έχει κάνει πλήρη ανάρρωση».

Αναγέννηση και αποκατάσταση της ουροδόχου κύστης

Αν και η νέα τεχνολογία είναι χρήσιμη από μόνη της, ο Ameer την οραματίζεται ως ένα συστατικό ενός πλήρως ενσωματωμένου συστήματος για την αποκατάσταση της λειτουργίας της ουροδόχου κύστης. 

Μόλις τον περασμένο μήνα, οι Ameer και Sharma παρουσίασαν ένα βιοδιασπώμενο συνθετικό, εύκαμπτο "έμπλαστρο κύστης", το οποίο δημοσιεύτηκε στο PNAS Nexus. Σπαρμένο με τα βλαστοκύτταρα του ίδιου του ασθενούς, το "έμπλαστρο" με βάση το κιτρικό -; αναφέρεται ως προ-αναγεννητικό ικρίωμα (PRS) -? δίνει τη δυνατότητα στον χειρουργό να ανακατασκευάσει ή να ξαναχτίσει την ουροδόχο κύστη χωρίς να χρειάζεται να συλλέξει εντερικό ιστό, το τρέχον κλινικό πρότυπο για αυτή τη χειρουργική επέμβαση. Το «έμπλαστρο», το οποίο διαστέλλεται και συστέλλεται με τον εγγενή ιστό της ουροδόχου κύστης, υποστηρίζει τη μετανάστευση και την ανάπτυξη των κυττάρων της ουροδόχου κύστης. Στη συνέχεια διαλύεται αργά, αφήνοντας πίσω του νέο ιστό της ουροδόχου κύστης. Οι ερευνητές απέδειξαν ότι ο νέος ιστός παρέμεινε λειτουργικός καθ' όλη τη διάρκεια της διετούς μελέτης. 

«Εργαζόμαστε για να ενσωματώσουμε την τεχνολογία αναγέννησης της ουροδόχου κύστης μας με αυτή τη νέα τεχνολογία ασύρματης παρακολούθησης της ουροδόχου κύστης για την αποκατάσταση της λειτουργίας της ουροδόχου κύστης και την παρακολούθηση της διαδικασίας αποκατάστασης μετά την επέμβαση», δήλωσε ο Ameer. «Αυτή η εργασία μας φέρνει πιο κοντά στην πραγματικότητα των έξυπνων αναγεννητικών συστημάτων, τα οποία είναι εμφυτεύσιμες προαναγεννητικές συσκευές ικανές να ανιχνεύσουν το μικροπεριβάλλον τους, να αναφέρουν ασύρματα αυτά τα ευρήματα έξω από το σώμα (στον ασθενή, τον φροντιστή ή τον κατασκευαστή) και να ενεργοποιήσουν κατ' απαίτηση ή προγραμματισμένα απαντήσεις για αλλαγή πορείας και βελτίωση της απόδοσης ή της ασφάλειας της συσκευής."

«Αυτή η τεχνολογία αντιπροσωπεύει μια σημαντική πρόοδο, καθώς επί του παρόντος δεν υπάρχουν άλλες προσεγγίσεις που βασίζονται στη μηχανική ιστών διαθέσιμες σε αυτούς τους ασθενείς», είπε ο Sharma. «Είμαι βέβαιος ότι αυτό θα βοηθήσει στη βελτίωση της ποιότητας ζωής πολλών ασθενών που θα είναι πλέον σε θέση να αποφύγουν τη χρήση εντερικών ιστών και τις μυριάδες επιπλοκές του».

Επόμενο: ούρηση κατά παραγγελία

Ο Ameer συνεχίζει να εργάζεται με τους Rogers και Sharma για να δημιουργήσει νέες λειτουργίες στο σύστημα. Επί του παρόντος, διερευνούν τρόπους με τους οποίους το εμφύτευμα θα μπορούσε να διεγείρει την ουροδόχο κύστη για να προκαλέσει ούρηση κατά παραγγελία.

«Εκτός από την παρακολούθηση του γεμίσματος, η εφαρμογή θα μπορεί να στέλνει προειδοποιήσεις στον ασθενή και στη συνέχεια να τον κατευθύνει σε τοποθεσίες για τις πλησιέστερες τουαλέτες», είπε ο Ameer. «Επίσης, μια μέρα, οι ασθενείς θα μπορούν να ενεργοποιούν την ούρηση, κατόπιν αιτήματος, μέσω του smartphone τους».

Οι Ameer, Sharma και Rogers είναι μέλη του Simpson Querrey Institute for BioNanotechnology. Οι Ameer και Rogers είναι επίσης μέλη του Ινστιτούτου Chemistry of Life Processes και του Διεθνούς Ινστιτούτου Νανοτεχνολογίας. και ο Rogers είναι μέλος του Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center του Northwestern University.

Η μελέτη, «Ένα ασύρματο, εμφυτεύσιμο βιοηλεκτρονικό σύστημα για την παρακολούθηση της λειτουργίας της ουροδόχου κύστης μετά από χειρουργική αποκατάσταση», υποστηρίχθηκε από το Εθνικό Ινστιτούτο Διαβήτη και Πεπτικών και Νεφρικών Νόσων και το Εθνικό Ινστιτούτο Βιοϊατρικής Απεικόνισης και Βιομηχανικής.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://www.news-medical.net/news/20240326/New-battery-free-implant-allows-users-to-monitor-their-bladder-fullness-in-real-time.aspx