Istraživači sa Univerziteta Northvestern razvili su prvi u svojoj vrsti mali, fleksibilni, rastezljivi zavoj koji ubrzava zarastanje isporukom elektroterapije direktno na mesto rane.
U studiji na životinjama, novi zavoj je zacelio dijabetičke čireve 30% brže nego kod miševa bez zavoja.
Zavoj takođe aktivno prati proces zarastanja, a zatim se bezopasno rastvara — elektrode i sve to — u telu nakon što više nije potreban. Novi uređaj bi mogao da pruži moćan alat za pacijente sa dijabetesom, čiji čirevi mogu dovesti do različitih komplikacija, uključujući amputaciju udova ili čak smrt.
Istraživanje će biti objavljeno onlajn u izdanju časopisa Science Advances od 22. februara. To je prvi bioresorbabilni zavoj koji može da pruži elektroterapiju i prvi primer pametnog regenerativnog sistema.
„Kada osoba dobije ranu, cilj je uvek da se ta rana zatvori što je brže moguće“, rekao je Guillermo A. Ameer iz Northvesterna, koji je vodio studiju. „U suprotnom, otvorena rana je podložna infekciji. A za osobe sa dijabetesom, infekcije su još teže lečiti i opasnije. Za ove pacijente postoji velika neispunjena potreba za isplativim rešenjima koja zaista deluju na njih. novi zavoj je isplativ, lak za nanošenje, prilagodljiv, udoban i efikasan u zatvaranju rana kako bi se sprečile infekcije i dalje komplikacije.“ Ova umetnička ilustracija prikazuje deo uređaja koji se bezopasno rastvara u telu. Učinivši elektrodu bioresorbabilnom, istraživači su bili u stanju da osiguraju da uređaj neće ometati zarastanje i rast novog tkiva. Kredit: Northvestern Universiti
„Iako se radi o elektronskom uređaju, aktivne komponente koje se povezuju sa slojem rane mogu se u potpunosti resorbirati“, rekao je John A. Rogers iz Northvesterna, koji je ko-vodio studiju. „Kao takvi, materijali nestaju prirodno nakon što je proces zarastanja završen, čime se izbegava bilo kakvo oštećenje tkiva koje bi inače moglo biti uzrokovano fizičkom ekstrakcijom.“
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. Rogers je profesor nauke o materijalima i inženjeringa, biomedicinskog inženjerstva i neurološke hirurgije Louis Simpson i Kimberli Kuerrei u McCormick and Feinberg.
Skoro 30 miliona ljudi u SAD ima dijabetes, a oko 15 do 25% te populacije u nekom trenutku svog života razvije dijabetički čir na stopalu. Pošto dijabetes može da izazove oštećenje nerva koje dovodi do ukočenosti, ljudi sa dijabetesom mogu doživeti jednostavan plikovi ili malu ogrebotinu koja ostaje neprimećena i nelečena. Pošto visoki nivoi glukoze takođe zadebljaju zidove kapilara, cirkulacija krvi se usporava, što otežava zarastanje ovih rana. To je savršena oluja da mala povreda evoluira u opasnu ranu.
Istraživači su bili radoznali da vide da li terapija električnom stimulacijom može pomoći u zatvaranju ovih tvrdoglavih rana. Prema Ameru, povrede mogu poremetiti normalne električne signale tela. Primenom električne stimulacije, vraća normalne signale tela, privlačeći nove ćelije da migriraju u ležište rane.
„Naše telo se oslanja na električne signale da bi funkcionisalo“, rekao je Amer. „Pokušali smo da obnovimo ili unapredimo normalnije električno okruženje širom rane. Primetili smo da su ćelije brzo migrirale u ranu i regenerisale kožno tkivo u tom području. Novo tkivo kože uključivalo je nove krvne sudove, a zapaljenje je ublaženo.“
Istorijski gledano, kliničari su koristili elektroterapiju za lečenje. Ali većina te opreme uključuje žičane, glomazne aparate koji se mogu koristiti samo pod nadzorom u bolničkom okruženju. Da bi dizajnirao udobniji proizvod koji bi se mogao nositi 24 sata kod kuće, Ameer se udružio sa Rogersom, pionirom bioelektronike koji je prvi predstavio koncept bioresorbabilne elektronske medicine 2018.
Dva istraživača i njihovi timovi su na kraju razvili mali, fleksibilni zavoj koji se meko obavija oko mesta povrede. Jedna strana pametnog regenerativnog sistema sadrži dve elektrode: sićušnu elektrodu u obliku cveta koja se nalazi na vrhu kreveta rane i elektrodu u obliku prstena koja se nalazi na zdravom tkivu i okružuje celu ranu. Druga strana uređaja sadrži zavojnicu za prikupljanje energije za napajanje sistema i sistem komunikacije bliskog polja (NFC) za bežični prenos podataka u realnom vremenu.
Tim je takođe uključio senzore koji mogu da procene koliko dobro zarasta rana. Merenjem otpora električne struje kroz ranu, lekari mogu da prate napredak. Postepeno smanjenje merenja struje direktno se odnosi na proces zarastanja. Dakle, ako struja ostane visoka, onda lekari znaju da nešto nije u redu.
Ugradnjom ovih mogućnosti, uređajem se može upravljati daljinski bez žica. Iz daleka, lekar može odlučiti kada da primeni električnu stimulaciju i može da prati napredak zarastanja rane.
„Kako rana pokušava da zaraste, ona stvara vlažnu sredinu“, rekao je Amir. „Onda, kako zarasta, trebalo bi da se osuši. Vlaga menja struju, tako da smo u mogućnosti da to otkrijemo praćenjem električnog otpora u rani. Zatim možemo prikupiti te informacije i preneti ih bežično. Sa upravljanjem nege rana, mi idealno bi bilo da se rana zatvori u roku od mesec dana. Ako potraje duže, to odlaganje može izazvati zabrinutost.“
U studiji na malim životinjama, istraživači su primenili električnu stimulaciju samo 30 minuta dnevno. Čak i ovo kratko vreme je ubrzalo zatvaranje za 30%.
Kada je rana zaceljena, elektroda u obliku cveta jednostavno se rastvara u telu, zaobilazeći potrebu da se ona izvuče. Tim je napravio elektrode od metala zvanog molibden, koji se široko koristi u elektronskim i poluprovodničkim aplikacijama. Otkrili su da kada je molibden dovoljno tanak, može se biorazgraditi. Štaviše, ne ometa proces zarastanja.
„Mi smo prvi koji su pokazali da se molibden može koristiti kao biorazgradiva elektroda za zarastanje rana“, rekao je Amer. „Posle otprilike šest meseci, većina toga je nestala. I otkrili smo da ima vrlo malo akumulacije u organima. Ništa neobično. Ali količina metala koju koristimo za izradu ovih elektroda je tako minimalna, da je ne očekujemo da izazove bilo kakve veće probleme“.
Zatim, tim planira da testira svoj zavoj na dijabetičke čireve na većem životinjskom modelu. Zatim, imaju za cilj da ga testiraju na ljudima. Pošto zavoj koristi sopstvenu isceljujuću moć tela bez oslobađanja lekova ili bioloških lekova, suočava se sa manje regulatornih prepreka. To znači da bi pacijenti potencijalno mogli da ga vide na tržištu mnogo ranije.
Studija je nazvana „Bioresorptivni, bežični sistem bez baterija za elektroterapiju i detekciju impedanse na mestima rane“. Kandidat za doktorske studije severozapadnog biomedicinskog inženjerstva Džozef Song je koautor.
