Nyt batterifrit implantat giver brugerne mulighed for at overvåge deres blærefylde i realtid

Nyt batterifrit implantat giver brugerne mulighed for at overvåge deres blærefylde i realtid

Tidsstempel: 26. marts 2024 kl. 3
Kildeknude: 2527500

Skal du løbe på toilettet nu? Eller kan du holde det indtil du kommer hjem? Et nyt implantat og tilhørende smartphone-app kan en dag fjerne gættearbejdet fra ligningen.

Forskere fra Northwestern University har udviklet et nyt blødt, fleksibelt, batterifrit implantat, der fastgøres til blærevæggen for at føle fyldning. Så er det trådløst -; og samtidigt -; overfører data til en smartphone-app, så brugere kan overvåge deres blærefylde i realtid.

Undersøgelsen vil blive offentliggjort i næste uge i Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS). Det markerer det første eksempel på en bioelektronisk sensor, der muliggør kontinuerlig overvågning af blærefunktionen i en længere periode.

Selvom denne nye enhed er unødvendig for den gennemsnitlige person, kan den være en game-changer for mennesker med lammelser, spina bifida, blærekræft eller blæresygdom i slutstadiet -; hvor blærefunktionen ofte er kompromitteret, og blærekonstruktionskirurgi kan være påkrævet. Sensorsystemet kan også gøre det muligt for klinikere at overvåge deres patienter eksternt og kontinuerligt for at gøre mere informeret -; og hurtigere -; behandlingsbeslutninger.

"Hvis blærens nerver er beskadiget fra kirurgi eller fra en sygdom som rygmarvsbrok, så mister en patient ofte følelsen og er uvidende om, at deres blære er fuld," sagde Northwesterns Guillermo A. Ameer, der var medleder i arbejdet. ”For at tømme blæren skal de ofte bruge katetre, som er ubehagelige og kan føre til smertefulde infektioner. Vi ønsker at eliminere brugen af ​​katetre og omgå nuværende blærefunktionsovervågningsprocedurer, som er meget invasive, meget ubehagelige og skal udføres på et hospital eller i kliniske omgivelser."

En ekspert i regenerativ teknik, Ameer er Daniel Hale Williams professor i biomedicinsk teknik ved Northwesterns McCormick School of Engineering og professor i kirurgi ved Northwestern University Feinberg School of Medicine. Han leder også Center for Advanced Regenerative Engineering og det prædoctorale Regenerative Engineering Training Program, finansieret af National Institutes of Health.

Ameer ledede undersøgelsen sammen med Northwesterns John A. Rogers og Arun Sharma. Rogers er pioner inden for bioelektronik og er Louis Simpson og Kimberly Querrey professor i materialevidenskab og teknik, biomedicinsk teknik og neurologisk kirurgi ved McCormick og Feinberg. Han leder også Querrey Simpson Institute for Bioelectronics. Sharma er forskningslektor i urologi ved Feinberg og i biomedicinsk teknik ved McCormick. Han er også direktør for pædiatrisk urologisk regenerativ medicin ved Stanley Manne Children's Research Institute på Ann & Robert H. Lurie Children's Hospital i Chicago. 

Hvordan det virker og de første resultater

På grund af problemer med nerver, hjerne eller rygmarv lider millioner af amerikanere af dysfunktionelle blærer. Disse problemer kan opstå fra medfødte defekter såsom spina bifida -; hvor en person er født med en beskadiget rygsøjle -; eller traumatiske skader pådraget på et hvilket som helst tidspunkt i livet. Når den ikke behandles, kan alvorlig blæredysfunktion forårsage rutinemæssige infektioner og vandladningsproblemer, hvilket i sidste ende fører til nyreskade, som påvirker hele kroppen. At gøre det muligt for læger at fjernovervåge deres patienter kunne muliggøre hurtigere indgreb.

For at overvåge blæren omfatter den nye enhed flere sensorer, som arbejder sammen om at måle én simpel parameter: belastning. Når blæren fyldes, udvider den sig. Jo fyldigere blæren bliver, jo mere strækker den sig. Denne strækning trækker i den elastiklignende enhed for at signalere belastning. Ligeledes, når blæren tømmes, trækker den sig sammen, hvilket så lindrer belastningen. Da sensorerne registrerer forskellige niveauer af belastning, bruger enheden indbygget Bluetooth-teknologi til at overføre disse oplysninger til en smartphone eller tablet.

Det vigtigste fremskridt her er udviklingen af ​​superbløde, ultratynde, strækbare strain gauges, der forsigtigt kan omslutte blærens ydre overflade uden at pålægge nogen mekaniske begrænsninger på den naturlige udfyldnings- og tømningsadfærd."

John A. Rogers, Northwestern University

Relaterede historier

I små dyreforsøg leverede systemet med succes realtidsmålinger af blærefyldning og -tømning i 30 dage. Derefter, i en undersøgelse med ikke-menneskelige primater, leverede systemet med succes information i otte uger. Forskerne viste også, at sensorerne er følsomme nok til at detektere belastning fra meget små mængder urin.

"Dette arbejde er det første af sin slags, der er skaleret til menneskelig brug," sagde Ameer. "Vi demonstrerede teknologiens potentielle langsigtede funktion. Afhængigt af use casen kan vi designe teknologien til at opholde sig permanent inde i kroppen eller til at opløses uskadeligt, efter at patienten er kommet sig fuldstændig.”

Blæreregenerering og funktionsgenoprettelse

Selvom den nye teknologi er nyttig i sig selv, forestiller Ameer sig den som en komponent i et fuldt integreret system til genoprettelse af blærefunktion. 

I sidste måned introducerede Ameer og Sharma et biologisk nedbrydeligt syntetisk, fleksibelt "blæreplaster", som blev offentliggjort i PNAS Nexus. Udsået med patientens egne stamceller, det citratbaserede "plaster" -; omtalt som et pro-regenerativt stillads (PRS) -; gør det muligt for kirurgen at rekonstruere eller genopbygge blæren uden behov for at høste tarmvæv, den nuværende kliniske standard for denne operation. "plastret", som udvider sig og trækker sig sammen med det oprindelige blærevæv, understøtter migration og vækst af blæreceller. Derefter opløses det langsomt og efterlader nyt blærevæv. Forskerne påviste, at det nye væv forblev funktionelt gennem hele det toårige studie. 

"Vi arbejder på at integrere vores blæregenereringsteknologi med denne nye trådløse blæreovervågningsteknologi for at genoprette blærefunktionen og overvåge restitutionsprocessen efter operationen," sagde Ameer. "Dette arbejde bringer os tættere på virkeligheden af ​​smarte regenerative systemer, som er implanterbare pro-regenerative enheder, der er i stand til at sondere deres mikromiljø, trådløst rapportere disse fund uden for kroppen (til patienten, plejepersonalet eller producenten) og aktivere on-demand eller programmeret svar for at ændre kurs og forbedre enhedens ydeevne eller sikkerhed."

"Denne teknologi repræsenterer et betydeligt fremskridt, da der i øjeblikket ikke er andre vævsteknik-baserede tilgange tilgængelige for disse patienter," sagde Sharma. "Jeg er overbevist om, at dette vil hjælpe med at forbedre livskvaliteten for mange patienter, som nu vil være i stand til at undgå brugen af ​​tarmvæv og dets utallige komplikationer."

Næste: Vandladning efter behov

Ameer fortsætter med at arbejde med Rogers og Sharma for at bygge nye funktionaliteter ind i systemet. De er i øjeblikket ved at udforske måder, hvorpå implantatet kan stimulere blæren til at fremkalde vandladning efter behov.

"Ud over at overvåge påfyldningen, vil appen være i stand til at sende advarsler til patienten og derefter dirigere dem til steder for de nærmeste toiletter," sagde Ameer. "En dag vil patienter også være i stand til at udløse vandladning, efter behov, gennem deres smartphone."

Ameer, Sharma og Rogers er medlemmer af Simpson Querrey Institute for BioNanotechnology. Ameer og Rogers er også medlemmer af Chemistry of Life Processes Institute og International Institute for Nanotechnology; og Rogers er medlem af Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center ved Northwestern University.

Undersøgelsen, "Et trådløst, implanterbart bioelektronisk system til overvågning af urinblærens funktion efter kirurgisk genopretning," blev støttet af National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Disease og National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering.

Northwestern University

Tidsstempel:

Mere fra Medical.net