Kleine elektronische Implantate überwachen Hirnverletzungen und schmelzen dann weg | 2020

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Anonim

Ähnliche Sensoren könnten nach Ansicht der Forscher auch für die postoperative Überwachung in anderen Körpersystemen angepasst werden. Unter der Leitung von John A. Rogers, Professor für Materialwissenschaften und Werkstofftechnik an der Universität von Illinois in Urbana-Champaign, und Wilson Ray, Professor für neurologische Chirurgie an der Medizinischen Fakultät der Washington University in St. Louis, veröffentlichen die Forscher ihre Arbeiten im Tagebuch Natur am 18. Januar.

"Dies ist eine neue Klasse elektronischer biomedizinischer Implantate", sagte Rogers, Leiter des Frederick Seitz Materials Research Laboratory in Illinois. "Diese Art von Systemen hat Potenzial in einer Reihe von klinischen Praktiken, in denen Therapie- oder Überwachungsgeräte implantiert oder eingenommen werden, eine ausgeklügelte Funktion erfüllen und dann harmlos in den Körper resorbieren, nachdem ihre Funktion nicht mehr erforderlich ist."

Nach einer traumatischen Hirnverletzung oder Gehirnoperation ist es wichtig, den Patienten auf Schwellung und Druck auf das Gehirn zu überwachen. Laut Rogers ist die derzeitige Überwachungstechnologie sperrig und invasiv, und die Drähte schränken die Bewegung des Patents ein und behindern die physikalische Therapie bei der Genesung. Da diese Implantate einen kontinuierlichen, festverdrahteten Zugang zum Kopf erfordern, können sie allergische Reaktionen, Infektionen und Blutungen hervorrufen und sogar die Entzündung verschlimmern, die sie überwachen sollen.

"Wenn Sie einfach die gesamte konventionelle Hardware wegwerfen und durch sehr kleine, vollständig implantierbare Sensoren ersetzen könnten, die die gleiche Funktion haben und aus bioresorbierbaren Materialien hergestellt wurden, um die Drähte zu eliminieren oder stark zu miniaturisieren, dann könnten Sie viel entfernen des Risikos und bessere Patientenergebnisse zu erzielen ", sagte Rogers. "Wir konnten all diese Schlüsselmerkmale in Tiermodellen demonstrieren, mit einer Messgenauigkeit, die genauso gut ist wie die herkömmlicher Geräte."

Die neuen Geräte enthalten lösliche Siliziumtechnologie, die von Rogers 'Gruppe an der Universität von I entwickelt wurde. Die Sensoren, die kleiner als ein Reiskorn sind, basieren auf extrem dünnen Siliziumschichten, die von Natur aus biologisch abbaubar sind und so konfiguriert sind, dass sie funktionieren normalerweise für ein paar Wochen, dann vollständig und harmlos in körpereigenen Flüssigkeiten auflösen.

Rogers 'Gruppe arbeitete mit dem Professor für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik in Illinois, Paul V. Braun, zusammen, um die Siliziumplattformen für klinisch relevante Druckniveaus in der das Gehirn umgebenden intrakraniellen Flüssigkeit empfindlich zu machen. Sie fügten auch einen winzigen Temperatursensor hinzu und schlossen ihn an einen drahtlosen Sender an, der ungefähr die Größe einer Briefmarke hatte und unter die Haut, aber auf den Schädel implantiert war.

Die Illinois-Gruppe arbeitete mit klinischen Experten für traumatische Hirnverletzungen an der Washington University zusammen, um die Sensoren in Ratten zu implantieren und die Leistung und Biokompatibilität zu testen. Sie stellten fest, dass die Temperatur- und Druckwerte der auflösbaren Sensoren hinsichtlich der Genauigkeit mit herkömmlichen Überwachungsgeräten übereinstimmten.

"Die ultimative Strategie besteht darin, ein Gerät zu haben, das Sie im Gehirn oder in anderen Organen des Körpers platzieren können. Es ist vollständig implantiert, eng mit dem zu überwachenden Organ verbunden und kann Signale drahtlos übertragen, um Informationen zu liefern die Gesundheit dieses Organs, so dass Ärzte bei Bedarf eingreifen können, um größeren Problemen vorzubeugen ", sagte Rory Murphy, Neurochirurg an der Washington University und Mitautor der Zeitung. "Nach der kritischen Zeit, die Sie tatsächlich überwachen möchten, löst es sich auf und verschwindet."

Die Forscher arbeiten daran, diese Technologie an Menschen zu testen und ihre Funktionalität für andere biomedizinische Anwendungen zu erweitern.

"Wir haben eine Reihe von Gerätevarianten, Materialien und Messfunktionen für die Erfassung in anderen klinischen Kontexten entwickelt", sagte Rogers. "Wir glauben, dass es in naher Zukunft möglich sein wird, therapeutische Funktionen wie elektrische Stimulation oder Arzneimittelabgabe in dieselben Systeme einzubetten und dabei den wesentlichen bioresorbierbaren Charakter beizubehalten."