Команда нейрохирургов и инженеров из Университета Иллинойса (University of Illinois) и Медицинской школы Университета Вашингтона (Washington University School of Medicine) разработала беспроводной датчик, способный следить за внутричерепным давлением и температурой мозга. Устройство размером с рисовое зёрнышко может быть использовано для контроля состояния пациента при черепно-мозговых травмах.
Имплантат после окончания работы буквально растворяется в организме, что избавляет медиков и, главное, пациента от дальнейшей необходимости хирургического вмешательства для удаления устройства.
Ширина имплантата — около одной десятой миллиметра, а длина — всего лишь миллиметр. Устройство изготовлено из полимера PLGA (сополимер молочной и гликолевой кислот) и кремния. Эти материалы, которые позже растворяются в организме, используются в небольших количествах и не вызывают негативные последствия, отмечает разработчик профессор Университета Иллинойса Джон Роджерс (John A. Rogers).
"Материалы по отдельности безопасны, их общая масса очень мала. Примерно в 1000 раз меньше, чем то, что содержится в витаминах", — говорит он.
Датчик с помощью радиоволн передаёт точные показания давления и температуры по беспроводному каналу связи к внешнему устройству.
Чтобы проверить, действительно ли датчик растворяется в организме, инженеры проверили его "разложение" в ёмкости с физиологическим раствором. Эксперимент удался — все имплантаты растворились через несколько дней. Позже учёные проверили прибор на лабораторных крысах. Исследование показало, что датчик передаёт точные данные и растворяется как в специальном растворе, так и в мозге грызунов.
"С помощью современных материалов и конструкций мы продемонстрировали, что можно разработать имплантаты, которые отличаются высокой эффективностью", — говорит Роджерс.
При разработке аппарата учёных больше всего интересовал мониторинг давления и температуры мозга у пациентов с черепно-мозговой травмой. Согласно статистике, в США ежегодно около 50 тысяч людей умирают от таких травм. Когда пациенты с такими проблемами поступают в больницу, то врачи должны немедленно измерить внутричерепное давление в головном мозге, так как дальнейшие повышения давления могут привести к осложнению травмы.
Обычно нейрохирурги пытаются уменьшить давление с помощью лекарств. Но если это не помогает, то пациента отправляют на операцию. Разработанные устройства можно помещать в мозг человека как раз во время таких операций.
"Устройства, используемые сегодня, основаны на технологиях 1980-х годов. Они большие и неповоротливые, у них есть провода, которые подключаются к мониторам в отделении реанимации. Конечно, они дают точные показания, но сегодня существует способ сделать их намного лучше", — объясняет Мёрфи.
По мнению соавтора исследования доктора медицинских наук Рори Мёрфи (Rory K. J. Murphy), электронные устройства и их применение в медицине активно развиваются. "Но главная проблема всегда была в том, что имплантаты, помещённые в тело человека, вызывают иммунную реакцию, что плохо для пациентов. Преимущество новых устройств в том, что они растворяются со временем", — считает Мёрфи.
Он также отмечает, что существенный плюс нового устройства и в том, что при его использовании не нужно проводить дополнительные операции по его извлечению. Это уменьшает риск развития различных инфекций и дальнейших осложнений. "Вы можете нанести дополнительный урон, когда извлекаете устройство", — говорит Роджерс, отмечая, что было бы намного лучше использовать прибор, который не нужно "вынимать" обратно.
"Этот полностью разлагаемый датчик — впечатляющее достижение инженерной мысли", — добавляет материаловед Университета Шеффилда Фредерик Клейсенс (Frederik Claeyssens).
По словам одного из авторов исследования доцента неврологической и ортопедической хирургии в Университете Вашингтона Уилсона Рэя (Wilson Z. Ray), основные проблемы, касающиеся размера устройства, уже решены. Теперь есть идея разработать устройство, которое можно поместить не только в мозг, но и в другие органы: для того чтобы контролировать другие аспекты здоровья мозга, а также других органов тела.
Данные о состоянии организма, переданные по беспроводной сети, покажут врачам, есть ли необходимость хирургического вмешательства. А если нет, то устройство просто растворится, отмечает учёный.
Сейчас американские специалисты готовятся провести испытания технологии на пациентах.
Полученные результаты исследователи опубликовали в журнале Nature.
Добавим, что в последнее время наблюдается существенный прогресс в разработке беспроводных датчиков. Так, в Японии разработали одноразовый датчик мокрого подгузника, а новые ползунки со встроенным компьютером проинформируют о состоянии ребёнка.
