지금 화장실로 달려가야 할까요? 아니면 집에 갈 때까지 들고 있을 수 있나요? 새로운 임플란트와 관련 스마트폰 앱이 언젠가 방정식에서 추측을 제거할 수도 있습니다.

노스웨스턴 대학 연구진은 방광벽에 부착하여 충전을 감지하는 부드럽고 유연하며 배터리가 필요 없는 새로운 임플란트를 개발했습니다. 그러면 무선으로-; 그리고 동시에 -; 데이터를 스마트폰 앱으로 전송하므로 사용자는 실시간으로 방광 충만도를 모니터링할 수 있습니다.

이 연구는 다음 주에 발표될 예정이다. 과학 국립 아카데미의 절차 (PNAS). 이는 장기간 방광 기능을 지속적으로 모니터링할 수 있는 생체 전자 센서의 첫 번째 사례입니다.

이 새로운 장치는 일반 사람에게는 필요하지 않지만 마비, 척추 이분증, 방광암 또는 말기 방광 질환이 있는 사람들에게는 획기적인 장치가 될 수 있습니다. 방광 기능이 종종 손상되어 방광 재건 수술이 필요할 수 있습니다. 또한 센서 시스템을 통해 임상의는 환자를 원격으로 지속적으로 모니터링하여 더 많은 정보를 얻을 수 있습니다. 그리고 더 빠르다 -; 치료 결정.

연구를 공동 주도한 Northwestern의 Guillermo A. Ameer는 “방광 신경이 수술이나 척추 이분증과 같은 질병으로 인해 손상되면 환자는 종종 감각을 잃고 방광이 가득 찼다는 사실을 인식하지 못합니다.”라고 말했습니다. “방광을 비우기 위해 카테터를 사용해야 하는 경우가 많으며 이는 불편하고 고통스러운 감염으로 이어질 수 있습니다. 우리는 카테터의 사용을 없애고 매우 침습적이고 매우 불쾌하며 병원이나 임상 환경에서 수행해야 하는 현재의 방광 기능 모니터링 절차를 우회하기를 원합니다.”

재생 공학 전문가인 Ameer는 노스웨스턴 맥코믹 공과대학의 생의학 공학과 다니엘 헤일 윌리엄스 교수이자 노스웨스턴 대학교 파인버그 의과대학의 외과 교수입니다. 그는 또한 국립보건원(National Institutes of Health)이 자금을 지원하는 고급 재생 공학 센터와 박사 전 재생 공학 교육 프로그램을 지휘하고 있습니다.

Ameer는 Northwestern의 John A. Rogers 및 Arun Sharma와 함께 연구를 공동 주도했습니다. 생체전자 공학의 선구자인 Rogers는 McCormick and Feinberg의 재료 과학 및 공학, 생물 의학 공학 및 신경 외과 분야의 Louis Simpson 및 Kimberly Querrey 교수입니다. 그는 또한 Querrey Simpson 생체전자공학 연구소를 이끌고 있습니다. Sharma는 Feinberg의 비뇨기과 및 McCormick의 생의학 공학 연구 부교수입니다. 그는 또한 시카고 Ann & Robert H. Lurie 아동 병원의 Stanley Manne 아동 연구소에서 소아 비뇨기과 재생의학 책임자이기도 합니다. 

작동 방식 및 초기 결과

신경, 뇌 또는 척수의 문제로 인해 수백만 명의 미국인이 방광 기능 장애로 고통 받고 있습니다. 이러한 문제는 척추 이분증과 같은 선천적 결함으로 인해 발생할 수 있습니다. 사람이 척추가 손상된 채로 태어난 경우 -; 또는 인생의 어느 시점에서나 지속되는 외상성 부상. 치료하지 않고 방치하면 심각한 방광 기능 장애로 인해 일상적인 감염과 배뇨 문제가 발생하여 결국 신장 손상으로 이어져 몸 전체에 영향을 미칠 수 있습니다. 의사가 환자를 원격으로 모니터링할 수 있으면 더 빠른 개입이 가능해집니다.

방광을 모니터링하기 위해 새 장치는 여러 센서로 구성되어 있으며, 이 센서는 함께 작동하여 하나의 간단한 매개변수인 변형을 측정합니다. 방광이 채워지면 팽창합니다. 방광이 가득 차면 늘어날수록 더 많이 늘어납니다. 이 스트레칭은 탄성과 유사한 장치를 당겨서 긴장을 신호합니다. 마찬가지로, 방광이 비워지면 수축되어 긴장이 완화됩니다. 센서가 다양한 수준의 긴장을 감지하면 장치는 내장된 Bluetooth 기술을 사용하여 이 정보를 스마트폰이나 태블릿으로 전송합니다.

여기서 중요한 발전은 자연적인 충전 및 기포 발생 동작에 기계적 제약을 가하지 않으면서 블래더의 외부 표면을 부드럽게 감쌀 수 있는 매우 부드럽고 매우 얇고 신축성이 있는 스트레인 게이지를 개발한 것입니다.”

노스웨스턴 대학교 존 A. 로저스

소동물 연구에서 시스템은 30일 동안 방광 채우기 및 비움에 대한 실시간 측정을 성공적으로 전달했습니다. 그런 다음 인간이 아닌 영장류를 대상으로 한 연구에서 시스템은 XNUMX주 동안 정보를 성공적으로 전달했습니다. 연구원들은 또한 센서가 매우 적은 양의 소변에서도 긴장을 감지할 수 있을 만큼 민감하다는 것을 입증했습니다.

“이 연구는 인간이 사용할 수 있도록 확장된 최초의 연구입니다.”라고 Ameer는 말했습니다. “우리는 이 기술의 잠재적인 장기적 기능을 보여주었습니다. 사용 사례에 따라 우리는 신체 내부에 영구적으로 존재하거나 환자가 완전히 회복된 후 무해하게 용해되도록 기술을 설계할 수 있습니다."

방광 재생 및 기능 회복

새로운 기술은 그 자체로 유용하지만 Ameer는 이를 방광 기능 복원을 위한 완전히 통합된 시스템의 한 구성 요소로 생각합니다. 

지난달 Ameer와 Sharma는 PNAS Nexus에 게재된 생분해성 합성의 유연한 "방광 패치"를 소개했습니다. 환자 자신의 줄기 세포인 구연산염 기반 "패치"를 접종합니다. 재생 촉진 지지체(PRS)라고 함 -; 이 수술의 현재 임상 표준인 장 조직을 채취할 필요 없이 외과의사가 방광을 재구성하거나 재건할 수 있습니다. 원래 방광 조직과 함께 팽창 및 수축하는 "패치"는 방광 세포의 이동과 성장을 지원합니다. 그런 다음 천천히 용해되어 새로운 방광 조직이 남습니다. 연구자들은 새로운 조직이 2년 간의 연구 기간 동안 기능을 유지했음을 입증했습니다. 

Ameer는 “우리는 방광 재생 기술을 이 새로운 무선 방광 모니터링 기술과 통합하여 방광 기능을 복원하고 수술 후 회복 과정을 모니터링하기 위해 노력하고 있습니다.”라고 말했습니다. "이 연구는 미세 환경을 조사할 수 있는 이식형 재생 장치인 스마트 재생 시스템의 현실에 더 가까워지고, 이러한 결과를 신체 외부(환자, 간병인 또는 제조업체에게)로 무선으로 보고하고 주문형 또는 프로그래밍이 가능하도록 해줍니다. 경로를 변경하고 장치 성능이나 안전성을 향상시키기 위한 대응입니다.”

Sharma는 "현재 이러한 환자에게 사용할 수 있는 다른 조직 공학 기반 접근 방식이 없기 때문에 이 기술은 중요한 발전을 의미합니다."라고 말했습니다. "나는 이것이 이제 장 조직의 사용과 그에 따른 수많은 합병증을 피할 수 있게 된 많은 환자들의 삶의 질을 향상시키는 데 도움이 될 것이라고 확신합니다."

다음: 요구에 따라 소변을 본다

Ameer는 계속해서 Rogers 및 Sharma와 협력하여 시스템에 새로운 기능을 구축합니다. 그들은 현재 임플란트가 방광을 자극하여 필요에 따라 배뇨를 유도할 수 있는 방법을 모색하고 있습니다.

Ameer는 "충전물을 모니터링하는 것 외에도 앱은 환자에게 경고를 보낸 다음 가장 가까운 화장실 위치로 안내할 수 있습니다"라고 말했습니다. “또한 언젠가는 환자들이 스마트폰을 통해 필요할 때 배뇨를 촉발할 수 있게 될 것입니다.”

Ameer, Sharma 및 Rogers는 Simpson Querrey BioNanotechnology 연구소의 회원입니다. Ameer와 Rogers는 또한 생명 과정 화학 연구소(Chemistry of Life Processes Institute) 및 국제 나노기술 연구소(International Institute for Nanotechnology)의 회원이기도 합니다. Rogers는 노스웨스턴 대학의 Robert H. Lurie 종합 암 센터의 회원입니다.

"수술 회복 후 방광 기능을 모니터링하기 위한 무선 이식형 생체 전자 시스템"이라는 연구는 국립 당뇨병, 소화기 및 신장 질환 연구소와 국립 생물의학 영상 및 생명 공학 연구소의 지원을 받았습니다.

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• 출처: https://www.news-medical.net/news/20240326/New-battery-free-implant-allows-users-to-monitor-their-bladder-fullness-in-real-time.aspx