Nowy, niewymagający baterii implant pozwala użytkownikom monitorować napełnianie pęcherza w czasie rzeczywistym

Musisz teraz biec do łazienki? A może możesz to zatrzymać do czasu powrotu do domu? Nowy implant i powiązana z nim aplikacja na smartfony mogą pewnego dnia wyeliminować domysły.

Naukowcy z Northwestern University opracowali nowy miękki, elastyczny, niewymagający baterii implant, który mocuje się do ściany pęcherza moczowego, aby wyczuć pełnię. Następnie bezprzewodowo -; W tym samym czasie -; Przesyła dane do aplikacji na smartfonie, dzięki czemu użytkownicy mogą monitorować zapełnienie pęcherza w czasie rzeczywistym.

Wyniki badania zostaną opublikowane w przyszłym tygodniu w czasopiśmie Postępowanie Narodowej Akademii Nauk (Z ludźmi). Stanowi pierwszy przykład czujnika bioelektronicznego, który umożliwia ciągłe monitorowanie funkcjonowania pęcherza przez dłuższy czas.

Chociaż to nowe urządzenie nie jest niezbędne dla przeciętnego człowieka, może zmienić zasady gry w przypadku osób z paraliżem, rozszczepem kręgosłupa, rakiem pęcherza lub schyłkową chorobą pęcherza; Funkcja pęcherza jest często upośledzona i może być konieczna operacja w celu 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 ulegną uszkodzeniu w wyniku operacji lub choroby takiej jak rozszczep kręgosłupa, pacjent często traci czucie i nie zdaje sobie sprawy, że pęcherz jest pełny” – powiedział Guillermo Amir z Northwestern University, który był współkierownikiem badań. „Aby opróżnić pęcherz, często muszą używać cewników, co jest niewygodne i może prowadzić do bolesnych infekcji. Chcemy wyeliminować stosowanie cewników i wyjść poza obecne procedury monitorowania czynności pęcherza, które są wysoce inwazyjne i bardzo nieprzyjemne i muszą być stosowane wykonane w szpitalu lub warunkach klinicznych.”

Ekspert w dziedzinie inżynierii regeneracyjnej, Amir 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 Inżynierii Regeneracyjnej dla doktorantów, finansowanym przez Narodowy Instytut Zdrowia.

Amir współprowadził badanie wraz z Johnem A. Rogers i Arun Sharma z Northwestern University. Pionier bioelektroniki, Rogers jest profesorem Lewisa Simpsona i Kimberly Querrey w dziedzinie nauk o materiałach i inżynierii, inżynierii biomedycznej i neurochirurgii w McCormick i Feinberg. Kieruje także Instytutem Bioelektroniki Querreya Simpsona. Sharma jest profesorem urologii w Feinberg i inżynierii biomedycznej w McCormick. Jest także dyrektorem oddziału urologii dziecięcej i medycyny regeneracyjnej w Instytucie Badań nad Dzieciątkiem Stanleya Manna w szpitalu Ann i Robert H. Lurie Children's z Chicago.

Sposób działania i wstępne wyniki

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

Do monitorowania pęcherza nowe urządzenie zawiera wiele czujników, które współpracują ze sobą w celu pomiaru jednego prostego czynnika: stresu. Kiedy pęcherz jest pełny, rozszerza się. Im pełniejszy staje się pęcherz, tym bardziej się rozszerza. To rozciągnięcie pociąga elastyczne urządzenie, sygnalizując stres. Podobnie, gdy pęcherz się opróżnia, kurczy się, zmniejszając ucisk. Ponieważ czujniki wykrywają różne poziomy ciśnienia, urządzenie wykorzystuje wbudowaną technologię Bluetooth do przesyłania tych informacji do smartfona lub tabletu.

Kluczowym postępem jest opracowanie ultramiękkich, ultracienkich, rozciągliwych manometrów, które mogą delikatnie owinąć zewnętrzną powierzchnię pęcherza, nie narzucając żadnych mechanicznych ograniczeń na normalne zachowania podczas napełniania i oddawania moczu.

John A. Rogersa z Uniwersytetu Północno-Zachodniego

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

„To dzieło jest pierwszym tego rodzaju dziełem opracowanym do użytku przez ludzi” – powiedział Amir. „Pokazaliśmy 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”.

Odmłodź pęcherz i przywróć jego funkcję

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

Zaledwie w zeszłym miesiącu Amir i Sharma zaprezentowali elastyczny, biodegradowalny syntetyczny „plaster na pęcherz” opublikowany w PNAS Nexus. „plaster” na bazie cytrynianu, wszczepiony własnymi komórkami macierzystymi pacjenta; Nazywane rusztowaniem proregeneracyjnym (PRS)-; Umożliwia chirurgowi rekonstrukcję lub rekonstrukcję pęcherza bez konieczności nacinania tkanki jelitowej, co jest obecnym standardem klinicznym w tej operacji. „Płaszcz”, który rozszerza się i kurczy wraz z pierwotną tkanką pęcherza, wspomaga migrację i wzrost komórek pęcherza moczowego. Następnie powoli się rozpuszcza, pozostawiając nową tkankę pęcherza. Naukowcy wykazali, że nowa tkanka pozostawała skuteczna przez cały dwuletni okres badania.

„Pracujemy nad połączeniem naszej technologii odmładzania pęcherza z nową technologią bezprzewodowego monitorowania pęcherza, aby przywrócić jego funkcję i monitorować powrót do zdrowia po operacji” – powiedział Amir. „Ta praca przybliża nas do rzeczywistości inteligentnych systemów regeneracyjnych, czyli wszczepialnych urządzeń wywołujących regenerację, które są w stanie skanować swoje mikrośrodowisko, bezprzewodowo zgłaszać te ustalenia na zewnątrz ciała (pacjentowi, opiekunowi lub producentowi) i umożliwiać: żądanie lub zaprogramowane reakcje w celu zmiany kursu i poprawy wydajności urządzenia lub jego bezpieczeństwa.

„Ta technologia stanowi ogromny 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 wykorzystania tkanki jelitowej i związanych z nią niezliczonych powikłań”.

Dalej: Oddawaj mocz na żądanie

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

„Oprócz monitorowania procesu napełniania aplikacja będzie mogła wysyłać pacjentowi ostrzeżenia, a następnie kierować go do lokalizacji najbliższych toalet” – powiedział Amir. „Pewnego dnia pacjenci będą mogli na żądanie wywołać oddanie moczu za pomocą smartfonów”.

Amir, Sharma i Rogers są członkami Instytutu Nanobiotechnologii Simpson-Query. Amir i Rogers są także członkami Instytutu Chemii Procesów Życiowych i Międzynarodowego Instytutu Nanotechnologii. Rogers jest członkiem Kompleksowego Centrum Onkologii im. Roberta H. Lurie przy Northwestern University.

Badanie „Wszczepialny bezprzewodowy system bioelektroniczny do monitorowania funkcji pęcherza moczowego po operacji” zostało wsparte przez Narodowy Instytut Cukrzycy oraz Chorób Trawiennych i Nerek oraz Narodowy Instytut Obrazowania Biomedycznego i Bioinżynierii.