Biodegradowalne sensory krzemowe odmienią standardy detekcji klinicznej

Nowa klasa małych, cienkich elektronicznych sensorów może monitorować temperaturę i ciśnienie wewnątrz czaszki – kluczowe parametry obserwowane po uszkodzeniach czy też operacjach mózgu – a po jakimś czasie rozpuścić się, eliminując tym samym potrzebę przeprowadzenia kolejnej operacji i związanego z nią ryzyka np. infekcji czy krwotoku. Badacze twierdzą, że podobne sensory mogą być wykorzystane do pooperacyjnego nadzoru warunków wewnętrznych także w innych częściach ciała. Profesor materiałoznastwa i inżynierii materiałowej na Uniwersytecie stanu Illinois w Urbana-Champaign, John A. Rogers kierował grupą przeprowadzającą badania nad tymi cienkimi, implantowanymi czujnikami. Wraz z profesorem neurochirurgii Szkoły Medycznej Washington University w St. Louis, opublikowali niedawno wyniki swoich badań w dzienniku Nature. Obecnie stosowane technologie nadzoru pooperacyjnego stanu mózgu są inwazyjne i wiążą się z wykorzystaniem masywnego sprzętu. Kable ograniczają ruchy pacjenta i hamują jego fizyczną rekonwalescencję. Taka elektronika wymaga ciągłego podłączenia przewodów do głowy pacjenta, co wiąże się z ryzykiem wystąpienia reakcji alergicznych, infekcji, krwawień, może także przyczynić się do potęgowania stanu zapalnego, który te urządzenia mają z założenia monitorować, a więc pośrednio ich zadaniem jest przecież przeciwdziałać takim stanom. Nowe urządzenie wykorzystuje technologię rozpuszczalnego krzemu, rozwijaną przez grupę działającą pod kierownictwem Rogersa w University of Illinois. Sensory, mniejsze od ziarenka ryżu, zbudowane są z ekstremalnie cienkich, naturalnie biodegradowalnych płatków krzemu, wyskalowanych do prawidłowego działania przez kilka tygodni, a następnie całkowitego rozpuszczenia się w płynach ustrojowych ciała, bez najmniejszej szkody dla pacjenta. Z grupą Rogersa współpracował też prof. materiałoznawstwa i inżynierii materiałowej Paul V. Braun, wspólnie opracowując zagadnienia wrażliwości konstrukcji krzemowych na istotne z klinicznego punktu widzenia zmiany ciśnienia płynu wewnątrzczaszkowego opływającego mózg. Dołączyli do układu również cienki czujnik temperatury, a także połączony z nim bezprzewodowy nadajnik, o rozmiarach zaledwie znaczka pocztowego, implantowany pod skórą, nad kopułą czaszki. Zespół z Illinois współpracował również z ekspertami klinicznymi Washington University w dziedzinie uszkodzeń mózgu, implantując sensory szczurom i testując tym samym ich biokompatybilność i efektywność w praktyce. Stwierdzono, że odczyty temperatury i ciśnienia z rozpuszczalnych sensorów, odpowiadają dokładnością tym przeprowadzonym za pomocą konwencjonalnych urządzeń do nadzoru tych parametrów. „Jeśli zrezygnujemy z konwencjonalnego sprzętu i zamienimy go na cienki, w całości implantowany sensor, wykonany z bioresorbowalnych materiałów, posiadający te same funkcjonalności i całkowicie eliminujący lub znacznie redukujący potrzebę korzystania ze stałego podłączenia za pomocą przewodów, to możemy znacznie ograniczyć ryzyko i osiągnąć lepsze wyniki leczenia pacjenta” -powiedział prof. Rogers. „Jesteśmy obecnie w stanie zademonstrować wszystkie kluczowe cechy naszego sensora na modelu zwierzęcym, zachowując przy tym precyzję pomiaru dorównującą konwencjonalnemu sprzętowi.” Badacze chcą przesunąć teraz obszar swoich badań na próby wykonywane w ludzkim organizmie, planują także rozszerzenie funkcjonalności tej technologii, tak aby pokryć potrzeby innych zastosowań medycznych. „Przewidujemy możliwość rozszerzenia naszej technologii na cały wachlarz urządzeń, materiałów i funkcji pomiarowych, także w innych dziedzinach detekcji klinicznej, ” powiedział Rogers, będący także dyrektorem the Frederick Seitz Materials Research Laboratory w st. Illinois. „ Wierzymy, że w niedalekiej przyszłości możliwe będzie także wyposażenie naszych urządzeń w funkcje terapeutyczne, takie jak stymulacja elektryczna czy dozowanie leków, zachowując kluczową cechę bioresorbowalności tych systemów.” Prace wspierane są przez organizacje takie jak U.S. National Institutes of Health, the Defense Advanced Research Projects Agency, a także the Howard Hughes Medical Institute. Rogers i Braun są powiązani także z Beckman Institute for Advanced Science i Advanced Science and Technology at the U. of I. .” Współautorem pracy jest również neurochirurg Washington University Rory Murphy.