Ska du springa på toaletten nu? Eller kan du hålla det tills du kommer hem? Ett nytt implantat och tillhörande smartphone-app kan en dag ta bort gissningsarbetet från ekvationen.

Forskare från Northwestern University har utvecklat ett nytt mjukt, flexibelt, batterifritt implantat som fäster på blåsväggen för att känna av fyllning. Sedan, det trådlöst -; och samtidigt -; överför data till en smartphone-app, så att användare kan övervaka sin blåsfullhet i realtid.

Studien kommer att publiceras nästa vecka i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Det är det första exemplet på en bioelektronisk sensor som möjliggör kontinuerlig övervakning av blåsfunktionen under en längre period.

Även om den här nya enheten är onödig för den genomsnittliga personen, kan den vara en spelomvandlare för personer med förlamning, ryggmärgsbråck, cancer i urinblåsan eller slutstadiet av urinblåsan -; där blåsfunktionen ofta äventyras och blåsrekonstruktionskirurgi kan krävas. Sensorsystemet kan också göra det möjligt för läkare att övervaka sina patienter på distans och kontinuerligt för att få mer information -; och snabbare -; behandlingsbeslut.

"Om urinblåsan skadas från operation eller från en sjukdom som ryggmärgsbråck, så förlorar en patient ofta känseln och är omedveten om att urinblåsan är full", säger Guillermo A. Ameer från Northwestern, som medledde arbetet. ”För att tömma blåsan måste de ofta använda katetrar, vilket är obehagligt och kan leda till smärtsamma infektioner. Vi vill eliminera användningen av katetrar och kringgå nuvarande övervakningsprocedurer för urinblåsan, som är mycket invasiva, mycket obehagliga och måste göras på sjukhus eller i klinisk miljö."

En expert på regenerativ ingenjörskonst, Ameer är Daniel Hale Williams professor i biomedicinsk teknik vid Northwesterns McCormick School of Engineering och professor i kirurgi vid Northwestern University Feinberg School of Medicine. Han leder också Center for Advanced Regenerative Engineering och predoctoral Regenerative Engineering Training Program, finansierat av National Institutes of Health.

Ameer ledde studien tillsammans med Northwesterns John A. Rogers och Arun Sharma. Rogers, en pionjär inom bioelektronik, är Louis Simpson och Kimberly Querrey professor i materialvetenskap och teknik, biomedicinsk teknik och neurologisk kirurgi vid McCormick och Feinberg. Han leder också Querrey Simpson Institute for Bioelectronics. Sharma är forskningsdocent i urologi vid Feinberg och i biomedicinsk teknik vid McCormick. Han är också chef för pediatrisk urologisk regenerativ medicin vid Stanley Manne Children's Research Institute vid Ann & Robert H. Lurie Children's Hospital i Chicago. 

Hur det fungerar och första resultat

På grund av problem med nerver, hjärna eller ryggmärg lider miljontals amerikaner av dysfunktionella blåsor. Dessa problem kan uppstå från medfödda defekter som ryggmärgsbråck -; där en person är född med en skadad ryggrad -; eller traumatiska skador som ådragits någon gång i livet. När den lämnas obehandlad kan svår blåsdysfunktion orsaka rutininfektioner och urineringsproblem, vilket så småningom leder till njurskador, som påverkar hela kroppen. Att göra det möjligt för läkare att fjärrövervaka sina patienter kan möjliggöra snabbare interventioner.

För att övervaka urinblåsan består den nya enheten av flera sensorer, som arbetar tillsammans för att mäta en enkel parameter: töjning. När blåsan fylls expanderar den. Ju fylligare blåsan blir, desto mer sträcker den sig. Denna stretching drar i den elastiska anordningen för att signalera belastning. Likaså när blåsan töms drar den ihop sig, vilket sedan lindrar påfrestningarna. Eftersom sensorerna upptäcker olika nivåer av belastning använder enheten inbyggd Bluetooth-teknik för att överföra denna information till en smartphone eller surfplatta.

Det viktigaste framstegen här är utvecklingen av supermjuka, ultratunna, töjbara töjningsmätare som försiktigt kan omsluta blåsan på utsidan, utan att lägga några mekaniska begränsningar på det naturliga fyllnings- och tömningsbeteendet."

John A. Rogers, Northwestern University

I små djurstudier levererade systemet framgångsrikt realtidsmätningar av blåsfyllning och tömning under 30 dagar. Sedan, i en studie med icke-mänskliga primater, levererade systemet framgångsrikt information under åtta veckor. Forskarna visade också att sensorerna är tillräckligt känsliga för att upptäcka påfrestningar från mycket små volymer urin.

"Detta arbete är det första i sitt slag som är skalat för mänskligt bruk," sa Ameer. "Vi visade den potentiella långsiktiga funktionen av tekniken. Beroende på användningsfallet kan vi designa tekniken så att den stannar permanent inuti kroppen eller för att ofarligt lösas upp efter att patienten har återhämtat sig helt.”

Blåsregenerering och funktionsåterställning

Även om den nya tekniken är användbar i sig själv, ser Ameer den som en komponent i ett helt integrerat system för återställning av urinblåsan. 

Bara förra månaden introducerade Ameer och Sharma en biologiskt nedbrytbar syntetisk, flexibel "blåsa-plåster", som publicerades i PNAS Nexus. Sådd med patientens egna stamceller, det citratbaserade "plåstret" -; hänvisas till som en pro-regenerativ ställning (PRS) -; gör det möjligt för kirurgen att rekonstruera eller bygga om blåsan utan att behöva skörda tarmvävnad, den nuvarande kliniska standarden för denna operation. "Plåstret", som expanderar och drar ihop sig med den naturliga blåsvävnaden, stöder migration och tillväxt av blåsceller. Sedan löses det långsamt och lämnar efter sig ny blåsvävnad. Forskarna visade att den nya vävnaden förblev funktionell under hela den tvååriga studien. 

"Vi arbetar med att integrera vår blåsregenereringsteknik med denna nya trådlösa blåsövervakningsteknik för att återställa blåsfunktionen och övervaka återhämtningsprocessen efter operationen," sa Ameer. "Detta arbete för oss närmare verkligheten av smarta regenerativa system, som är implanterbara pro-regenerativa enheter som kan sondera sin mikromiljö, trådlöst rapportera dessa fynd utanför kroppen (till patienten, vårdgivaren eller tillverkaren) och möjliggöra on-demand eller programmerade svar för att ändra kurs och förbättra enhetens prestanda eller säkerhet."

"Denna teknik representerar ett betydande framsteg, eftersom det för närvarande inte finns några andra vävnadsteknikbaserade metoder tillgängliga för dessa patienter," sa Sharma. "Jag är övertygad om att detta kommer att bidra till att förbättra livskvaliteten för många patienter som nu kommer att kunna undvika användningen av tarmvävnad och dess otaliga komplikationer."

Nästa: Urinering på begäran

Ameer fortsätter att arbeta med Rogers och Sharma för att bygga in nya funktioner i systemet. De undersöker för närvarande sätt att implantatet kan stimulera urinblåsan att framkalla urinering vid behov.

"Förutom att övervaka fyllningen kommer appen att kunna skicka varningar till patienten och sedan dirigera dem till platser för de närmaste toaletterna," sa Ameer. "Också, en dag kommer patienter att kunna utlösa urinering, på begäran, genom sin smartphone."

Ameer, Sharma och Rogers är medlemmar i Simpson Querrey Institute for BioNanotechnology. Ameer och Rogers är också medlemmar i Chemistry of Life Processes Institute och International Institute for Nanotechnology; och Rogers är medlem av Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center vid Northwestern University.

Studien, "Ett trådlöst, implanterbart bioelektroniskt system för övervakning av urinblåsans funktion efter kirurgisk återhämtning," stöddes av National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Disease och National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://www.news-medical.net/news/20240326/New-battery-free-implant-allows-users-to-monitor-their-bladder-fullness-in-real-time.aspx