Jedva su veličine sličice, sposobni su da komuniciraju jedni sa drugima i odgovaraju jedni na druge, a dizajnirani su da olakšaju život ljudima sa funkcionalnim ograničenjima. Reč je o novoj generaciji interaktivnih mikroimplantata koju je razvio inovacioni klaster INTAKT, koji podržava nemačko savezno ministarstvo obrazovanja i istraživanja (BMBF), a koordinira Fraunhofer institut za biomedicinsko inženjerstvo IBMT. Ovi minijaturni pomoćnici mogu delovati kao stimulans u slučajevima tinitusa ili poremećaja digestivnog trakta ili pomoći ruci osobe da povrati sposobnost hvatanja.
Razvoj malih asistenata koji se mogu ugraditi u telo ima za cilj poboljšanje kvaliteta života osoba sa funkcionalnim ograničenjima. Aktivni implantati kao što su moždani ili srčani pejsmejkeri mogu da stimulišu nerve pomoću električnih impulsa. Za razliku od mnogih lekova, oni imaju direktan, lokalni efekat. Pošto rade koristeći električne signale, praktično nemaju neželjene efekte. Međutim, oni imaju neke nedostatke: na primer, kablovske veze između centralnog implanta i elektroda mogu se pokvariti, a njihove baterije moraju redovno da se menjaju.
Inovacioni klaster INTAKT (Interactive Microimplants) osnovan je sa ciljem da se razvije nova generacija aktivnih, bežično povezanih mikroimplantata koji se mogu doživotno ugraditi u telo. Predvođeni Fraunhofer IBMT, 18 partnera klastera iz industrije, nauke i medicinskog sektora razvili su mrežu od do dvanaest mikroimplantata koji mogu da komuniciraju jedni sa drugima bežično, bezbedno i u realnom vremenu.
Pored međusobnog komuniciranja, implanti takođe omogućavaju pacijentu i lekaru da komuniciraju sa mrežom spolja u bilo kom trenutku. „Pacijent može da konfiguriše svoje implante tako da odgovaraju njihovim trenutnim potrebama u bilo kom trenutku preko svog laptopa ili pametnog telefona i optimizuje proces lečenja ili oporavka u konsultaciji sa svojim lekarom“, objašnjava prof. Klaus-Peter Hofman, bivši šef biomedicinskog inženjerstva u Fraunhofer IBMT. . Ovo omogućava lekarima i pacijentima da sarađuju pod jednakim uslovima.
Za zajednički istraživački projekat INTAKT, partneri u klasteru odabrali su tri oblasti primene: lečenje tinitusa stimulacijom pužnice, ublažavanje poremećaja motiliteta stimulisanjem, odlaganjem ili koordinacijom pražnjenja creva i bar delimično vraćanje sposobnosti ruke da se uhvati u slučajevima paraplegije.
U lečenju tinitusa, pacijentu se daje po jedan implantat za svako uvo. Implantati stimulišu okrugli prozor pužnice u unutrašnjem uhu, modulišući aktivnost slušnog nerva i „prigušujući“ fantomsku buku koja čini svakodnevni život tako bednim za oko deset miliona ljudi u Nemačkoj. Poremećaji gastrointestinalnog motiliteta – poremećaji kretanja u gastrointestinalnom traktu – mogu se javiti nakon operacije abdomena kod pacijenata sa dijabetesom ili paraplegikom. Tretman podrazumeva postavljanje implantata na strateške tačke u gastrointestinalnom traktu, gde svaki prikuplja podatke o aktivnosti jednog dela pacijentovog sistema, a zatim šalje ove informacije centralnoj kontrolnoj jedinici. Ova jedinica analizira podatke i daje uputstva odgovarajućim implantatima da stimulišu zahvaćeni deo crevnog trakta, obezbeđujući da proces varenja teče što je lakše moguće.
Delimično obnavljanje funkcije hvatanja pacijenta je posebno složen izazov. Da bi se ovo rešilo, mišići podlaktice se mogu stimulisati sa do dvanaest mikroimplantata, vraćajući do osam pokreta ruku. Pacijent kontroliše pokrete ruku preko sistema za praćenje očiju pri čemu određeni zadati pokreti očiju, kapaka i glave šalju komande centralnoj kontrolnoj jedinici, koja zatim šalje odgovarajuća uputstva mreži implantata.
„Razvoj mreže implantata doveo je do nekoliko prednosti“, objašnjava Roman Ruf, inženjer elektrotehnike i menadžer grupe u Fraunhofer IBMT. Jedna od njih je poboljšana biostabilnost: „Integrisali smo senzore i aktuatore direktno u kućište uređaja da bismo izbegli potrebu za krhkim kablovskim vezama.“ Umesto toga, implantati komuniciraju jedni sa drugima putem bežičnih i infracrvenih signala. Fraunhofer institut za integrisana kola IIS je razvio visoko minijaturizovano integrisano kolo (ASIC) specifično za aplikacije za implantate. ASIC može detektovati i prenositi biosignale iz oblasti kao što su mišići ruku ili želudac i creva, dok istovremeno pokreće električne signale potrebne za njihovu stimulaciju.
Pitanje snabdevanja energijom, međutim, izaziva zastoj u procesu razvoja ovih visokotehnoloških minijatura. Baterije zauzimaju prostor i treba ih redovno menjati. Ovo je posebno problematično kada se radi o mreži implantata jer je potrošnja energije svakog uređaja različita u zavisnosti od toga kako se koristi. Umesto toga, INTAKT klaster se odlučuje za induktivno punjenje. To znači da centralna kontrolna jedinica može pouzdano snabdevati mrežu implantata energijom, 24 sata dnevno. U svakoj od tri gore opisane primene, pacijent može da nosi ovu baznu stanicu ili kao manžetnu oko ruke ili stomaka ili kao uređaj za nošenje u ušima.
„Ovo spoljno snabdevanje energijom osigurava da će mreža implantata ostati stabilna na duži rok“, naglašava prof. Hofman. „Štaviše, snabdevanje energijom je prilagodljivo – svaki pojedinačni implant dobija tačnu količinu energije koja mu je potrebna. U hitnim slučajevima, implantati uključuju bateriju za skladištenje bafera; ovo se takođe puni preko induktivnog sistema u redovnim intervalima.
Inicijalni pretklinički testovi i ispitivanja sa eksperimentalnim korisnicima su pokazali da aplikacije koje je do sada razvio INTAKT klaster funkcionišu kako treba. Ovo je samo prvi korak na dugom putu koji se završava stavljanjem razvoja u kliničku praksu kako bi se mogao koristiti za pomoć pacijentima.
