Czy powinieneś teraz pobiec do łazienki? A może możesz to przetrzymać, aż wrócisz do domu? Nowy implant i powiązana z nim aplikacja na smartfony mogą pewnego dnia usunąć domysły z równania.

Naukowcy z Northwestern University opracowali nowy miękki, elastyczny, niewymagający baterii implant, który mocuje się do ściany pęcherza w celu wyczucia wypełnienia. Następnie bezprzewodowo -; i jednocześnie -; przesyła dane do aplikacji na smartfonie, dzięki czemu użytkownicy mogą monitorować zapełnienie pęcherza w czasie rzeczywistym.

Badanie zostanie opublikowane w przyszłym tygodniu w czasopiśmie „ Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Jest to pierwszy przykład czujnika bioelektronicznego, który umożliwia ciągłe monitorowanie funkcjonowania pęcherza przez dłuższy czas.

Chociaż to nowe urządzenie jest niepotrzebne dla przeciętnego człowieka, może zmienić zasady gry w przypadku osób z paraliżem, rozszczepem kręgosłupa, rakiem pęcherza lub schyłkową chorobą pęcherza; gdzie czynność pęcherza jest często upośledzona i może być konieczna operacja rekonstrukcji pęcherza. System czujników może również umożliwić lekarzom zdalne i ciągłe monitorowanie pacjentów, aby uzyskać więcej informacji; i szybciej -; decyzje dotyczące leczenia.

„Jeśli nerwy pęcherza moczowego zostaną uszkodzone w wyniku operacji lub choroby takiej jak rozszczep kręgosłupa, pacjent często traci czucie i nie jest świadomy, że jego pęcherz jest pełny” – powiedział Guillermo A. Ameer z Northwestern, który współkierował pracą. „Aby opróżnić pęcherz, często muszą używać cewników, co jest niewygodne i może prowadzić do bolesnych infekcji. Chcemy wyeliminować stosowanie cewników i procedury monitorowania czynności pęcherza moczowego z pomostowaniem prądowym, które są wysoce inwazyjne, bardzo nieprzyjemne i muszą być wykonywane w szpitalu lub warunkach klinicznych”.

Ekspert w dziedzinie inżynierii regeneracyjnej, Ameer jest profesorem inżynierii biomedycznej Daniela Hale’a Williamsa w McCormick School of Engineering w Northwestern i profesorem chirurgii w Northwestern University Feinberg School of Medicine. Kieruje także Centrum Zaawansowanej Inżynierii Regeneracyjnej i programem szkoleniowym w zakresie inżynierii regeneracyjnej dla doktorantów, finansowanym przez Narodowy Instytut Zdrowia.

Ameer współprowadził badanie wraz z Johnem A. Rogersem i Arunem Sharmą z Northwestern. Pionier bioelektroniki, Rogers jest profesorem Louisa Simpsona i Kimberly Querrey w dziedzinie nauk o materiałach i inżynierii, inżynierii biomedycznej i chirurgii neurologicznej w McCormick i Feinberg. Kieruje także Instytutem Bioelektroniki Querreya Simpsona. Sharma jest profesorem nadzwyczajnym urologii w Feinberg i inżynierii biomedycznej w McCormick. Jest także dyrektorem pediatrycznego oddziału urologicznej medycyny regeneracyjnej w Instytucie Badań nad Dzieciątkiem Stanleya Manne’a w szpitalu dziecięcym Ann & Robert H. Lurie w Chicago. 

Jak to działa i wstępne rezultaty

Z powodu problemów z nerwami, mózgiem lub rdzeniem kręgowym miliony Amerykanów cierpi na dysfunkcję pęcherzy. Problemy te mogą wynikać z wad wrodzonych, takich jak rozszczep kręgosłupa; gdzie dana osoba rodzi się z uszkodzonym kręgosłupem -; lub urazy doznane w jakimkolwiek momencie życia. Nieleczona ciężka dysfunkcja pęcherza może powodować rutynowe infekcje i problemy z oddawaniem moczu, co ostatecznie prowadzi do uszkodzenia nerek, które wpływa na cały organizm. Umożliwienie lekarzom zdalnego monitorowania pacjentów mogłoby umożliwić szybsze interwencje.

Do monitorowania pęcherza nowe urządzenie składa się z wielu czujników, które współpracują ze sobą w celu pomiaru jednego prostego parametru: obciążenia. Gdy pęcherz się wypełnia, rozszerza się. Im pełniejszy staje się pęcherz, tym bardziej się rozciąga. To rozciąganie pociąga za elastyczne urządzenie, sygnalizując napięcie. Podobnie, gdy pęcherz się opróżnia, kurczy się, co następnie łagodzi napięcie. Gdy czujniki wykrywają różne poziomy obciążenia, urządzenie wykorzystuje wbudowaną technologię Bluetooth do przesyłania informacji do smartfona lub tabletu.

Kluczowym postępem jest opracowanie supermiękkich, ultracienkich, rozciągliwych tensometrów, które mogą delikatnie owinąć zewnętrzną powierzchnię pęcherza, nie narzucając żadnych mechanicznych ograniczeń na naturalne zachowania podczas napełniania i oddawania moczu”.

Johna A. Rogersa z Northwestern University

W badaniach na małych zwierzętach system z powodzeniem zapewniał pomiary napełniania i opróżniania pęcherza w czasie rzeczywistym przez 30 dni. Następnie w badaniu z udziałem naczelnych innych niż ludzie system z powodzeniem dostarczał informacje przez osiem tygodni. Naukowcy wykazali również, że czujniki są wystarczająco czułe, aby wykryć obciążenie przy bardzo małych objętościach moczu.

„To dzieło jest pierwszym tego rodzaju dziełem przystosowanym do użytku przez ludzi” – powiedział Ameer. „Wykazaliśmy potencjalną długoterminową funkcję tej technologii. W zależności od przypadku zastosowania możemy zaprojektować technologię tak, aby pozostawała na stałe w organizmie lub nieszkodliwie rozpuszczała się po całkowitym wyzdrowieniu pacjenta”.

Regeneracja i przywrócenie funkcji pęcherza

Chociaż nowa technologia sama w sobie jest użyteczna, firma Ameer postrzega ją jako jeden z elementów w pełni zintegrowanego systemu przywracania funkcji pęcherza. 

Zaledwie w zeszłym miesiącu firmy Ameer i Sharma wprowadzili na rynek biodegradowalny, syntetyczny, elastyczny „plaster na pęcherz”, który został opublikowany w PNAS Nexus. „plaster” na bazie cytrynianu zaszczepiony własnymi komórkami macierzystymi pacjenta; określane jako rusztowanie proregeneracyjne (PRS) -; umożliwia chirurgowi rekonstrukcję lub odbudowę pęcherza bez konieczności pobierania tkanki jelitowej, co stanowi aktualny standard kliniczny w przypadku tej operacji. „Płaszcz”, który rozszerza się i kurczy wraz z natywną tkanką pęcherza, wspomaga migrację i wzrost komórek pęcherza moczowego. Następnie powoli się rozpuszcza, pozostawiając nową tkankę pęcherza. Naukowcy wykazali, że nowa tkanka pozostawała funkcjonalna przez całe dwuletnie badanie. 

„Pracujemy nad zintegrowaniem naszej technologii regeneracji pęcherza z nowatorską technologią bezprzewodowego monitorowania pęcherza, aby przywrócić jego funkcję i monitorować proces regeneracji po operacji” – powiedział Ameer. „Ta praca przybliża nas do rzeczywistości inteligentnych systemów regeneracyjnych, czyli wszczepialnych urządzeń proregeneracyjnych, które mogą badać ich mikrośrodowisko, bezprzewodowo zgłaszać te ustalenia na zewnątrz ciała (pacjentowi, opiekunowi lub producentowi) i umożliwiać na żądanie lub zaprogramowane reakcji, aby zmienić kurs i poprawić wydajność lub bezpieczeństwo urządzenia.

„Ta technologia stanowi znaczący postęp, ponieważ obecnie nie ma innych metod opartych na inżynierii tkankowej dostępnych dla tych pacjentów” – powiedział Sharma. „Jestem przekonany, że pomoże to poprawić jakość życia wielu pacjentów, którzy będą teraz mogli uniknąć stosowania tkanek jelitowych i niezliczonych powikłań z nim związanych”.

Dalej: Oddawanie moczu na żądanie

Ameer kontynuuje współpracę z Rogersem i Sharmą nad dodaniem nowych funkcjonalności do systemu. Obecnie badają sposoby, w jakie implant mógłby stymulować pęcherz, aby wywołać oddawanie moczu na żądanie.

„Oprócz monitorowania napełnienia aplikacja będzie mogła wysyłać ostrzeżenia do pacjenta, a następnie kierować go do lokalizacji najbliższych toalet” – powiedział Ameer. „Ponadto pewnego dnia pacjenci będą mogli na żądanie wywołać oddanie moczu za pomocą smartfona”.

Ameer, Sharma i Rogers są członkami Instytutu BioNanotechnologii Simpson Querrey. Ameer i Rogers są także członkami Instytutu Chemii Procesów Życiowych i Międzynarodowego Instytutu Nanotechnologii; Rogers jest członkiem Kompleksowego Centrum Onkologii im. Roberta H. Luriego na Uniwersytecie Northwestern.

Badanie „Bezprzewodowy, wszczepialny system bioelektroniczny do monitorowania czynności pęcherza moczowego po wyzdrowieniu chirurgicznym” zostało wsparte przez Narodowy Instytut Cukrzycy oraz Chorób Trawiennych i Nerek oraz Narodowy Instytut Obrazowania Biomedycznego i Bioinżynierii.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://www.news-medical.net/news/20240326/New-battery-free-implant-allows-users-to-monitor-their-bladder-fullness-in-real-time.aspx