Стоит ли сейчас бежать в ванную? Или ты можешь подержать его, пока не вернешься домой? Новый имплантат и связанное с ним приложение для смартфона могут когда-нибудь исключить из уравнения догадки.
Исследователи Северо-Западного университета разработали новый мягкий, гибкий имплантат без батареек, который прикрепляется к стенке мочевого пузыря для определения его наполнения. Затем это по беспроводной сети -; и одновременно -; передает данные в приложение для смартфона, поэтому пользователи могут отслеживать наполненность мочевого пузыря в режиме реального времени.
Исследование будет опубликовано на следующей неделе в журнале Труды Национальной академии наук (ПНАС). Это первый пример биоэлектронного датчика, который позволяет осуществлять непрерывный мониторинг функции мочевого пузыря в течение длительного периода.
Хотя это новое устройство не является необходимым для обычного человека, оно может изменить правила игры для людей с параличом, расщелиной позвоночника, раком мочевого пузыря или терминальной стадией заболевания мочевого пузыря; где функция мочевого пузыря часто нарушена и может потребоваться операция по реконструкции мочевого пузыря. Сенсорная система также может позволить врачам дистанционно и непрерывно контролировать своих пациентов, чтобы получать больше информации; и быстрее – ; решения о лечении.
«Если нервы мочевого пузыря повреждаются в результате хирургического вмешательства или такого заболевания, как расщелина позвоночника, пациент часто теряет чувствительность и не осознает, что его мочевой пузырь полон», — сказал Гильермо А. Амир из Northwestern, который руководил работой. «Чтобы опорожнить мочевой пузырь, им часто приходится использовать катетеры, которые неудобны и могут привести к болезненным инфекциям. Мы хотим отказаться от использования катетеров и обойти существующие процедуры мониторинга функции мочевого пузыря, которые очень инвазивны, очень неприятны и должны выполняться. в больнице или клиническом учреждении».
Эксперт в области регенеративной инженерии, Амир является профессором биомедицинской инженерии Дэниела Хейла Уильямса в инженерной школе Маккормика Северо-Западного университета и профессором хирургии в медицинской школе Файнберга Северо-Западного университета. Он также руководит Центром передовой регенеративной инженерии и программой подготовки докторантов в области регенеративной инженерии, финансируемой Национальными институтами здравоохранения.
Амир возглавлял исследование вместе с Джоном А. Роджерсом и Аруном Шармой из Northwestern. Пионер биоэлектроники, Роджерс является профессором материаловедения и инженерии Луи Симпсона и Кимберли Куэрри, биомедицинской инженерии и неврологической хирургии в Университете Маккормика и Файнберга. Он также возглавляет Институт биоэлектроники Куэрри Симпсона. Шарма — доцент кафедры урологии в Файнберге и биомедицинской инженерии в Маккормике. Он также является директором отделения педиатрической урологической регенеративной медицины в Детском научно-исследовательском институте Стэнли Манна при детской больнице Энн и Роберта Х. Лурье в Чикаго.
Как это работает и первые результаты
Из-за проблем с нервами, головным или спинным мозгом миллионы американцев страдают от дисфункции мочевого пузыря. Эти проблемы могут возникнуть из-за врожденных дефектов, таких как расщелина позвоночника; где человек рождается с поврежденным позвоночником – ; или травматические повреждения, полученные в любой момент жизни. При отсутствии лечения тяжелая дисфункция мочевого пузыря может вызвать обычные инфекции и проблемы с мочеиспусканием, что в конечном итоге приводит к повреждению почек, которое влияет на весь организм. Предоставление врачам возможности удаленно наблюдать за своими пациентами может способствовать более быстрому вмешательству.
Для мониторинга мочевого пузыря новое устройство включает в себя несколько датчиков, которые работают вместе для измерения одного простого параметра: напряжения. По мере наполнения мочевого пузыря он расширяется. Чем полнее становится мочевой пузырь, тем больше он растягивается. Это растяжение тянет эластическое устройство, сигнализируя о напряжении. Аналогичным образом, когда мочевой пузырь опорожняется, он сокращается, что снижает напряжение. Поскольку датчики обнаруживают различные уровни нагрузки, устройство использует встроенную технологию Bluetooth для передачи этой информации на смартфон или планшет.
Ключевым достижением здесь является разработка сверхмягких, ультратонких, растягивающихся тензодатчиков, которые могут аккуратно обертывать внешнюю поверхность мочевого пузыря, не накладывая никаких механических ограничений на естественное поведение при наполнении и мочеиспускании».
Джон А. Роджерс, Северо-Западный университет
В исследованиях на небольших животных система успешно измеряла наполнение и опорожнение мочевого пузыря в режиме реального времени в течение 30 дней. Затем в исследовании с участием приматов система успешно доставляла информацию в течение восьми недель. Исследователи также продемонстрировали, что датчики достаточно чувствительны, чтобы обнаружить напряжение даже при очень небольших объемах мочи.
«Эта работа — первая в своем роде, масштабируемая для использования человеком», — сказал Амир. «Мы продемонстрировали потенциальное долгосрочное функционирование технологии. В зависимости от варианта использования мы можем спроектировать технологию так, чтобы она постоянно находилась внутри тела или безвредно растворялась после полного выздоровления пациента».
Регенерация и восстановление функции мочевого пузыря
Хотя новая технология полезна сама по себе, Амир рассматривает ее как один из компонентов полностью интегрированной системы восстановления функции мочевого пузыря.
Буквально в прошлом месяце Амир и Шарма представили биоразлагаемый синтетический гибкий «пластырь для мочевого пузыря», который был опубликован в PNAS Nexus. «Пластырь» на основе цитрата, засеянный собственными стволовыми клетками пациента; называемый прорегенеративным каркасом (PRS) -; позволяет хирургу реконструировать или восстанавливать мочевой пузырь без необходимости забора кишечной ткани, что является текущим клиническим стандартом для этой операции. «Заплатка», которая расширяется и сжимается с нативной тканью мочевого пузыря, поддерживает миграцию и рост клеток мочевого пузыря. Затем он медленно растворяется, оставляя после себя новую ткань мочевого пузыря. Исследователи продемонстрировали, что новая ткань оставалась функциональной на протяжении двухлетнего исследования.
«Мы работаем над интеграцией нашей технологии регенерации мочевого пузыря с этой новой технологией беспроводного мониторинга мочевого пузыря, чтобы восстановить функцию мочевого пузыря и контролировать процесс восстановления после операции», — сказал Амир. «Эта работа приближает нас к реальности интеллектуальных регенеративных систем, которые представляют собой имплантируемые про-регенеративные устройства, способные исследовать свое микроокружение, сообщать по беспроводной сети об этих результатах за пределы тела (пациенту, лицу, осуществляющему уход, или производителю) и включать по требованию или запрограммировать реакции на изменение курса и улучшение производительности или безопасности устройства».
«Эта технология представляет собой значительный прогресс, поскольку в настоящее время нет других подходов, основанных на тканевой инженерии, доступных этим пациентам», — сказал Шарма. «Я уверен, что это поможет улучшить качество жизни многих пациентов, которые теперь смогут избежать использования тканей кишечника и множества его осложнений».
Далее: Мочеиспускание по требованию
Амир продолжает работать с Роджерсом и Шармой над созданием новых функций в системе. В настоящее время они изучают способы, с помощью которых имплантат мог бы стимулировать мочевой пузырь, вызывая мочеиспускание по требованию.
«Помимо контроля за наполнением, приложение сможет отправлять предупреждения пациенту, а затем направлять его к ближайшим туалетам», — сказал Амир. «Кроме того, однажды пациенты смогут запускать мочеиспускание по требованию через свой смартфон».
Амир, Шарма и Роджерс являются членами Института бионанотехнологий Симпсона Куэрри. Амир и Роджерс также являются членами Института химии жизненных процессов и Международного института нанотехнологий; Роджерс является сотрудником Комплексного онкологического центра Роберта Х. Лурье Северо-Западного университета.
Исследование «Беспроводная имплантируемая биоэлектронная система для мониторинга функции мочевого пузыря после хирургического восстановления» было поддержано Национальным институтом диабета, заболеваний органов пищеварения и почек и Национальным институтом биомедицинской визуализации и биоинженерии.
2024-03-26 19:26:00
1711482803
#Новый #безбатарейный #имплант #позволяет #пользователям #контролировать #наполненность #мочевого #пузыря #режиме #реального #времени
