Treba li sada da trčiš u kupatilo? Ili možeš da ga zadržiš dok ne dođeš kući? Novi implant i povezana aplikacija za pametne telefone mogu jednog dana ukloniti nagađanje iz jednačine.
Istraživači sa Univerziteta Northvestern razvili su novi mekani, fleksibilni implantati bez baterija koji se pričvršćuju na zid bešike da bi osetili punjenje. Zatim bežično – i istovremeno – prenosi podatke u aplikaciju za pametne telefone, tako da korisnici mogu da prate punu bešiku u realnom vremenu.
Studija, „Bežični, implantabilni bioelektronski sistem za praćenje funkcije mokraćne bešike nakon hirurškog oporavka“, objavljena u Zborniku Nacionalne akademije nauka (PNAS), označava prvi primer bioelektronskog senzora koji omogućava kontinuirano praćenje funkcije bešike za produženi period.
Iako je ovaj novi uređaj nepotreban za prosečnu osobu, mogao bi da promeni igru za ljude sa paralizom, spina bifidom, rakom bešike ili bolešću bešike u završnoj fazi – gde je funkcija bešike često ugrožena i može biti potrebna operacija rekonstrukcije mokraćne bešike. Senzorski sistem takođe može omogućiti kliničarima da daljinski i kontinuirano nadgledaju svoje pacijente kako bi doneli bolje informisane i brže odluke o lečenju.
„Ako su nervi mokraćne bešike oštećeni usled operacije ili bolesti kao što je spina bifida, onda pacijent često gubi osećaj i nije svestan da mu je bešika puna“, rekao je Giljermo Amer iz Northvesterna, koji je vodio rad.
„Da bi ispraznili bešiku, često moraju da koriste katetere, koji su neprijatni i mogu da dovedu do bolnih infekcija. Želimo da eliminišemo upotrebu katetera i da zaobiđemo postojeće procedure praćenja funkcije bešike, koje su veoma invazivne, veoma neprijatne i moraju da se urade. u bolnici ili kliničkom okruženju“.
Stručnjak za regenerativni inženjering, Amir je Daniel Hale Villiams, profesor biomedicinskog inženjerstva na Northvestern’s McCormick School of Engineering i profesor hirurgije na Medicinskom fakultetu Univerziteta Northvestern Feinberg. On takođe rukovodi Centrom za napredno regenerativno inženjerstvo i programom obuke preddoktorskog regenerativnog inženjerstva.
Amir je vodio studiju zajedno sa John A. Rogersom iz Northvesterna i Arunom Šarmom. Pionir bioelektronike, Rodžers je profesor nauke o materijalima i inženjeringa, biomedicinskog inženjerstva i neurološke hirurgije Louis Simpson i Kimberli Kuerrei u McCormick and Feinberg. On takođe rukovodi Institutom za bioelektroniku Kuerrei Simpson.
Šarma je vanredni profesor urologije u Feinbergu i biomedicinskog inženjerstva u McCormick-u. On je takođe direktor pedijatrijske urološke regenerativne medicine na Istraživačkom institutu za decu Stanlei Manne u dečijoj bolnici Ann & Robert H. Lurie u Čikagu.
Zbog problema sa nervima, mozgom ili kičmenom moždinom, milioni Amerikanaca pate od disfunkcionalne bešike. Ovi problemi mogu nastati zbog urođenih defekata kao što je spina bifida—gde se osoba rodi sa oštećenom kičmom—ili traumatskih povreda zadobijenih u bilo kom trenutku života.
Kada se ne leči, teška disfunkcija bešike može izazvati rutinske infekcije i probleme sa mokrenjem, što na kraju dovodi do oštećenja bubrega, što utiče na celo telo. Omogućavanje lekarima da daljinski nadgledaju svoje pacijente moglo bi da omogući brže intervencije.
Za praćenje bešike, novi uređaj se sastoji od više senzora, koji rade zajedno na merenju jednog jednostavnog parametra: naprezanja. Kako se bešika puni, ona se širi. Što je bešika punija, to se više rasteže. Ovo istezanje povlači uređaj nalik na elastičnost da signalizira naprezanje. Isto tako, kada se bešika isprazni, ona se skuplja, što onda ublažava naprezanje. Pošto senzori detektuju različite nivoe naprezanja, uređaj koristi ugrađenu Bluetooth tehnologiju za prenos ovih informacija na pametni telefon ili tablet.
„Ključni napredak ovde je u razvoju super mekih, ultratankih, rastezljivih merača naprezanja koji mogu nežno obaviti spoljnu površinu bešike, bez nametanja ikakvih mehaničkih ograničenja na ponašanje prirodnog punjenja i pražnjenja“, rekao je Rodžers.
U studijama na malim životinjama, sistem je uspešno isporučio merenja punjenja i pražnjenja bešike u realnom vremenu tokom 30 dana. Zatim, u studiji koja je koristila primate koji nisu ljudi, sistem je uspešno dostavljao informacije tokom osam nedelja. Istraživači su takođe pokazali da su senzori dovoljno osetljivi da otkriju naprezanje od veoma malih količina urina.
„Ovo delo je prvo te vrste koje je prilagođeno ljudskoj upotrebi“, rekao je Amer. „Pokazali smo potencijalnu dugoročnu funkciju tehnologije. U zavisnosti od slučaja upotrebe, možemo dizajnirati tehnologiju tako da trajno boravi u telu ili da se bezopasno rastvori nakon što se pacijent potpuno oporavi.“
Iako je nova tehnologija korisna sama po sebi, Amer je zamišlja kao jednu komponentu potpuno integrisanog sistema za obnavljanje funkcije bešike.
U januaru 2024. Amer i Šarma su predstavili biorazgradivi sintetički, fleksibilni „flaster za bešiku“, koji je objavljen u PNAS Nekus-u. Zasađen sopstvenim matičnim ćelijama pacijenta, „flaster“ zasnovan na citratu – koji se naziva pro-regenerativna skela (PRS) – omogućava hirurgu da rekonstruiše ili obnovi bešiku bez potrebe za sakupljanjem crevnog tkiva, što je trenutni klinički standard za ovu operaciju.
„Flaster“, koji se širi i skuplja sa prirodnim tkivom bešike, podržava migraciju i rast ćelija bešike. Zatim se polako rastvara, ostavljajući za sobom novo tkivo bešike. Istraživači su pokazali da je novo tkivo ostalo funkcionalno tokom dvogodišnje studije.
„Radimo na integraciji naše tehnologije regeneracije bešike sa ovom novom tehnologijom bežičnog praćenja bešike kako bismo obnovili funkciju bešike i pratili proces oporavka nakon operacije“, rekao je Amer.
„Ovaj rad nas približava stvarnosti pametnih regenerativnih sistema, koji su implantabilni pro-regenerativni uređaji koji su sposobni da ispitaju svoje mikrookruženje, bežično izveštavajući te nalaze izvan tela (pacijentu, negovatelju ili proizvođaču) i omogućavajući na zahtev ili programirano odgovora za promenu kursa i poboljšanje performansi ili bezbednosti uređaja.“
„Ova tehnologija predstavlja značajan napredak, jer trenutno ne postoje drugi pristupi zasnovani na tkivnom inženjeringu koji su dostupni ovim pacijentima“, rekao je Šarma. „Uveren sam da će ovo pomoći da se poboljša kvalitet života mnogih pacijenata koji će sada moći da izbegnu upotrebu crevnih tkiva i bezbroj komplikacija.
Amer nastavlja da radi sa Rodžersom i Šarmom na ugradnji novih funkcionalnosti u sistem. Trenutno istražuju načine na koje bi implant mogao stimulisati bešiku da izazove mokrenje na zahtev.
„Pored praćenja punjenja, aplikacija će moći da šalje upozorenja pacijentu, a zatim ih upućuje na lokacije za najbliže toalete“, rekao je Amir. „Takođe, jednog dana, pacijenti će moći da pokrenu mokrenje, na zahtev, preko svog pametnog telefona.“
