iPon Cikkek

Hol volt, hol nem volt ‒ felszívódó implantátumok

Dátum | 2016. 01. 20.
Szerző | Jools
Csoport | EGYÉB

A Washington Egyetem orvostudományi karán oktató Rory Murphy idegsebészként lépten-nyomon agyi traumákkal találkozik. „Egy órája még egy golyót szedtem ki egy fickó fejéből” ‒ mondja. Az Egyesült Államokban évente nagyjából 50 ezer ember hal meg lövedékek, a fejet ért ütések és vérrögök okozta agysérülések következtében. Az ilyen jellegű traumák során a legnagyobb problémát gyakran az okozza, hogy az agy megduzzad. Mivel a koponya korlátozza a terjeszkedés lehetőségeit, a szövet a kisebb ellenállás irányába növekszik, és összenyomja a véredényeket, megfosztva az agyat a friss oxigéntől, ami tartós károsodáshoz vezethet. Murphy és kollégái számára éppen ezért nagyon fontos, hogy a fej sérülése után megbízhatóan tudják monitorozni a koponyán belüli nyomást, hogy időben léphessenek, ha az elkezd növekedni. Az ehhez szükséges szenzorok egy ideje már léteznek, azonban rendszerint nagy méretűek, merevek és nehezen kezelhetők, ráadásul a páciens felgyógyulását követően el kell távolítani ezeket, ami csak újabb műtéti beavatkozás keretében lehetséges.
Murphy kutatócsoportja azonban egy másik megoldáson dolgozik, amely révén sokkal egyszerűbbé válhat a koponyaűri nyomás ellenőrzése. Egy olyan szenzort fejlesztenek, amely felszívódik, ha már nincs szükség rá. A rendkívül vékony érzékelő az agyba ültetve napokig működőképes marad, és pontos méréseket sugároz a külső egységek irányába, majd nyom nélkül lebomlik, így nincs szükség arra, hogy a koponyát újra felnyissák. A felszívódó érzékelők eredetileg John Rogers, az Illinoisi Egyetem kutatója laborjából származnak, aki hajlékony elektronikus rendszerek fejlesztésére specializálódott. Rogers és társai többek közt a szívre húzható, annak működését monitorozó és szabályozó elektromos tokok, orvosi szenzorként funkcionáló ideiglenes tetoválások, és a szemhez hasonló működésű kamerák létrehozásával foglalkoznak. Laborjukban ráadásul mindezen fejlesztéseket igyekeznek minél olcsóbb anyagokból megvalósítani, így nem is foglalkoznak olyan speciális, nagyon előnyös tulajdonságokkal rendelkező, de nagy tételben egyelőre nem (vagy drágán) gyártható matériákkal, mint például a grafén. Ehelyett Rogers szilíciumból és más, könnyen hozzáférhető anyagokból készít különleges szerkezetű, nagyon vékony lapokat, amelyek struktúrájuknak köszönhetően hajlékonyak is. 2012-ben Rogers kutatócsoportja egy vízben oldódó chippel állt elő. Erre persze minden szilícium chip képes, ha elegendő idő áll rendelkezésére, a szakértő és kollégái azonban egy kellően vékony lapra szintén nagyon vékonyan rányomtatott áramkörök révén néhány száz évről néhány órára vagy napra rövidítették le ezt a folyamatot. Ez pedig ideális lehet olyan orvosi implantátumok esetében, amelyekre csak ideiglenesen van szükség. A szakértők létrehoztak többek közt egy olyan fűtő egységet, amely egerekbe ültetve felszámolta a bakteriális fertőzést, majd mire az állatok meggyógyultak, a lapka teljesen feloldódott és nyomtalanul eltűnt a szervezetből.
Amikor Murphy először halott a fejlesztésről, teljesen lenyűgözte az ötlet, mivel rájött, hogy nekik is pontosan valami ilyesmire lenne szükségük. Rövidesen felkereste Rogerst, majd a két szakértő a meglévő terveket egy kicsit átdolgozva a klinikai gyakorlatban használható nyomásszenzorokat kezdett fejleszteni. Az érzékelők lelkét egy orvosi célokra gyakran alkalmazott polimerből (PLGA) álló membrán képezi, amelyet egy szilíciumból és magnéziumból álló keretre feszítenek ki. Ha a beültetett szenzort körülvevő folyadékban megváltozik a nyomás, a membrán meghajlik, amitől módosul a hozzá kapcsolt szilícium érzékelő elektromos ellenállása. Az implantátumot kívülről egy vékony polimerréteggel vonják be, amely néhány nap alatt lebomlik, korlátozva a szenzor élettartamát. (Egy korábbi, más célú készüléken Rogers csapata ugyanerre a célra selymet alkalmazott, az azonban ebben az esetben nem praktikus, mivel a selyem megszívja magát vízzel, és megnyomja a membránt, megzavarva az érzékelő működését.)
Amikor Murphy patkányokba ültetve tesztelni kezdte az új szenzort, kiderült, hogy az pontosságban versenyre kelhet a piacon kapható legjobb agyi nyomásérzékelőkkel. Mivel pedig elkészítéséhez nem kellenek különleges anyagok, az implantátum olcsón előállítható. És ami a legfontosabb, a jelek szerint teljesen biztonságos is, hiszen a kísérleti állatokban semmiféle gyulladás vagy más immunreakció nem lépett fel, sem amíg a szenzor egyben volt, sem pedig annak bomlása során, illetve ezt követően. Olyan anyagokat használunk, például kis mennyiségű magnéziumot és szilíciumot, amelyek a napi diétának is ajánlott részét képezik, mondja Rogers. Így amikor az implantátum feloldódik, olyan kis mértékben növeli csak az említett összetevők koncentrációját az állatok testében, hogy azt gyakorlatilag nem is lehet észlelni. A kutatócsoport a következő fázisban sertéseken fogja tesztelni a szenzort, hogy még alaposabban meggyőződjenek annak biztonságosságáról. Murphy reményei szerint az emberi betegeket felvonultató klinikai tesztek három-öt éven belül kezdődhetnek meg. Rogers közben elsősorban az energiaellátáson és az összeköttetéseken szeretne javítani. A szenzor jelenleg egy kevésbé kényes helyen a bőr alá ültetett másodlagos implantátumhoz van csatlakoztatva, és ez sugározza kifelé a mért adatokat egy külső egységnek, miközben kívülről egy vezeték nélküli megoldással energiát is kap. Míg azonban a nyomásérzékelő és annak vezetékei teljes mértékben le tudnak bomlani, a másodlagos egység erre jelenleg csak 85 százalékban képes. Rogers azonban azt reméli, hogy némi átalakítással ez a rész is teljesen felszívódóvá változtatható. „Óriási, egyelőre kielégítetlen igény van olyan beültethető készülékekre, amelyek folyamatosan monitorozni tudják a szervezetet, és így segítenek az orvosi döntéshozatalban, és hosszú távon javítják a betegek életminőségét” ‒ mondja Jeff Karp, a bostoni Brigham and Women's Hospital orvosa. És bár úgy tűnik, hogy Rogers és Murphy munkájának köszönhetően ez rövidesen megváltozik, az új megoldások kapcsán számos kérdés is felmerül, folytatja a szakértő. Nagyon fontos lesz például azt felmérni, hogy melyik készülék mennyi ideig működőképes, és hogy a szenzoroktól kapott mérési adatok pontosan milyen biológiai változásokat fednek.
Rogers egyúttal azt is szeretné elérni, hogy a nyomásszenzor egy kicsit tartósabb legyen. Jelenleg az implantátum legfeljebb néhány napig működőképes, mielőtt elkezdene felszívódni. A cél viszont az lenne, hogy az emberi betegekbe már olyan verziók kerüljenek, amelyek biztos, ami biztos egy picivel hosszabb ideig üzemelnek, mint amire az orvosoknak általában szüksége van. Ez nagyjából négy-öt hetet jelentene, amihez még sokat kell dolgozni a terveken. A fejlesztés révén ugyanakkor másfajta érzékelők is készíthetők, amelyek közül a csapat már létre is hozott néhányat. Így hőmérsékleti, pH és áramlási érzékelőkből is léteznek már felszívódó prototípusok. A szenzorokat specifikus vegyületek detektálására is be lehetne állítani, és ha minden jól alakul, ezek a jövőben más testtájakon, a szívben vagy a hasüregben is használhatók lehetnek. Az érzékelőkből néhány átalakítással olyan készülékek is létrehozhatók, amelyek nemcsak mérnek, hanem aktívan bele is tudnak avatkozni a szervezet működésébe. Rogers olyan lapkák kifejlesztésében is gondolkodik, amelyekkel az idegi sérüléseket lehetne kezelni. „Ha megfelelő módon sikerül stimulálni egy sérült perifériás ideget, az rendkívüli módon felgyorsíthatja a gyógyulási folyamatot” ‒ mondja a kutató. És ha mindezt egy felszívódó implantátum révén valósítjuk meg, a gyógyulás után nem kell újra felnyitni a sérült részeket, hiszen a nem lesz mit eltávolítani, folytatja Rogers.
Új hozzászólás írásához előbb jelentkezz be!