CP v2

Tag: Biomedicininė inžinerija

  • Baterija, kurią galima nuryti: MIT sukūrė energijos šaltinį, veikiantį iki 3 dienų

    Baterija, kurią galima nuryti: MIT sukūrė energijos šaltinį, veikiantį iki 3 dienų

    Naujas sprendimas nuryjamiems prietaisams

    Nuryjami medicinos prietaisai, dar vadinamos elektroninės kapsulės, sparčiai vystomi diagnostikai, vaistų pristatymui ir trumpalaikei audinių stimuliacijai. Tačiau jų plėtrą riboja energijos šaltinis: įprastos mažos baterijos gali turėti organizmui pavojingų medžiagų, todėl reikia sudėtingų apsauginių apvalkalų.

    Massachusetts Institute of Technology (MIT) mokslininkų komanda, vadovaujama Giovanni Traverso, pristatė alternatyvą, paremtą organizmui labiau toleruojamomis medžiagomis. Tyrimas publikuotas žurnale „Nature Chemical Engineering“ ir aprašo ploną, porėtą, į popierių panašios struktūros bateriją, kurios veikimas suplanuotas kaip laikinas.

    Iš ko pagaminta ir kaip veikia

    Baterijos anodas pagamintas iš magnio, o katode naudojamas molibdeno trioksidas, tarp elektrodų įdėtas biologiškai suyrantis elektrolitas. Išorinis vaško sluoksnis padeda valdyti, kaip greitai konstrukcija skyla rūgščioje skrandžio terpėje, todėl galima derinti veikimo trukmę.

    Mokslininkai sukūrė dvi versijas: mažesnę, apie 7,5 milimetro skersmens, kuri telpa į standartinę želatininę kapsulę, ir didesnę, maždaug 24 milimetrų ilgio stačiakampę. Priklausomai nuo konstrukcijos, baterijos pasiekė iki maždaug 1,84 volto įtampą.

    Bandymų rezultatai ir realūs panaudojimai

    Pirmajame bandyme baterija maitino kapsulėje esantį RFID žymeklį. Eksperimentuose su kiaulėmis prietaisas galėjo perduoti signalą imtuvui iki maždaug 1,5 metro atstumu, o tai ateityje galėtų būti pritaikyta stebint, ar pacientas iš tiesų išgėrė vaistus.

    Komanda pabrėžia, kad ankstesni jų sprendimai rėmėsi energija, surenkama iš aplinkos, o nauja baterija leistų palaikyti ryšį nepriklausomai nuo išorinio maitinimo, kol kapsulė keliauja virškinamuoju traktu. Toks patikimumas yra vienas svarbiausių reikalavimų, kai kalbama apie klinikines stebėsenos sistemas.

    Kitas pritaikymas buvo kapsulė su elektrodais, skirta elektrinei skrandžio stimuliacijai. Ankstesni šios grupės darbai rodė, kad parinkti impulsai gali skatinti skrandžio endokrinines ląsteles išskirti greliną, hormoną, susijusį su apetito reguliavimu.

    Gyvūnų tyrimuose 20 minučių stimuliacija padidino grelino kiekį kraujyje maždaug 50 proc., o akivaizdžių audinių pažeidimų stimuliacijos vietoje nepastebėta. Vis dėlto tai ikiklinikiniai bandymai, todėl apie taikymą žmonėms kol kas nekalbama.

    Kiek laiko veikia ir kas dar lieka organizme

    Laboratorinėmis sąlygomis, skrandžio sultis imituojančioje terpėje, baterija patikimai veikė apie tris dienas, vėliau jos našumas palaipsniui mažėjo, o elementai pradėjo irti. Gyvuose gyvūnuose veikimas taip pat išsilaikė iki trijų dienų, o didesnės baterijos įtampa trečią dieną krito nuo maždaug 1,8 volto iki maždaug 1,45 volto.

    Svarbus apribojimas tas, kad nors pati baterija su suyrančiais komponentais skyla, nuryjamo prietaiso elektronika dar nėra visiškai bioresorbuojama. Bandymuose kapsulės stimuliacijos įrenginio spausdintinė plokštė buvo pašalinta iš organizmo natūraliu būdu.

    MIT komanda nurodo, kad kitas žingsnis yra bioresorbuojamos elektronikos kūrimas, kad ateityje būtų įmanomi visiškai suyrantys nuryjami prietaisai. Pasak tyrėjų, tokie darbai galėtų prasidėti maždaug per artimiausius dvejus metus, tačiau iki klinikinio pritaikymo dar reikės saugumo ir veiksmingumo įrodymų.

  • Mokslininkų proveržis: sukurti kraujo krešuliai, stiprų kraujavimą sustabdantys per sekundes

    Mokslininkų proveržis: sukurti kraujo krešuliai, stiprų kraujavimą sustabdantys per sekundes

    Mokslininkai sukūrė naują metodą, leidžiantį greitai suformuoti ypač tvirtus kraujo krešulius, kurie laboratorijoje kraujavimą galėjo pristabdyti per kelias sekundes. Tyrėjų teigimu, tokia technologija ateityje galėtų tapti svarbia pagalba skubioje medicinoje, traumų atvejais ar operacijų metu.

    Natūralūs kraujo krešuliai organizmui yra gyvybiškai svarbūs, tačiau ne visada susidaro pakankamai greitai arba būna pakankamai stabilūs. Kai kraujavimas stiprus, ypač svarbu, kad krešulys ne tik greitai susiformuotų, bet ir mechaniškai atlaikytų audinių judėjimą bei kraujospūdį.

    Naujas požiūris į krešulio „pastatą“

    Šiame tyrime dėmesys nukreiptas į raudonuosius kraujo kūnelius, kurie natūraliame krešulyje sudaro didelę tūrio dalį, tačiau patys savaime nėra tvirta konstrukcinė medžiaga. Mokslininkai juos chemiškai „surišo“ tarpusavyje taip, kad susiformuotų stipresnė ir atsparesnė struktūra.

    Taip sukurti inžineriniai kraujo krešuliai gali būti pritaikomi kaip gelio tipo medžiaga, papildanti natūralų krešėjimą. Autorių teigimu, toks sprendimas skirtas ne pakeisti organizmo krešėjimą, o sustiprinti jį situacijose, kai įprastų mechanizmų nepakanka.

    Ką parodė bandymai

    Bandymai laboratorijoje ir su žiurkių modeliais parodė, kad naujieji krešuliai buvo gerokai atsparesni lūžimui ir geriau prilipo prie audinių nei natūralūs. Tyrėjai nurodo, kad mechaninis atsparumas padidėjo 13 kartų, o sukibimas su audiniais buvo maždaug 4 kartus stipresnis.

    Taip pat pranešta, kad bandymuose nepastebėta ryškių toksiškumo požymių ar pavojingos imuninės reakcijos, o sužeistos kepenų vietos užsandarinimas buvo sėkmingas. Vis dėlto tai dar nėra įrodymas, kad metodas taip pat veiks žmonėms, nes gyvūnų modeliai tik iš dalies atspindi klinikinę realybę.

    Kur tai galėtų būti pritaikyta

    Technologijos kūrėjai teigia, kad medžiaga gali būti paruošiama gana greitai: naudojant suderinto kraujo donoro medžiagą per maždaug 10 minučių, o naudojant paties paciento kraują per maždaug 20 minučių. Toks laikas svarbus skubioje pagalboje, kur sprendimai turi būti priimami per minutes.

    Potenciali nauda įžvelgiama ir pacientams, turintiems krešėjimo sutrikimų, taip pat žmonėms, vartojantiems kraują skystinančius vaistus, kai dėl gydymo sumažėja organizmo gebėjimas suformuoti „naudingą“ krešulį. Kartu pabrėžiama, kad patys pavojingiausi krešuliai yra kitokie: tie, kurie susidaro kraujagyslių viduje ir gali užkimšti kraujotaką.

    „Natūralūs kraujo krešuliai gali susidaryti lėtai ir būti mechaniškai trapūs, o tai riboja jų gebėjimą sustabdyti stiprų kraujavimą ir gali apsunkinti gijimą“, – sakė McGill universiteto mokslininkas Jianyu Li.

    Kitas žingsnis – išsamūs saugumo ir veiksmingumo tyrimai, taip pat bandymai situacijose, kur kraujavimas yra didelio slėgio, pavyzdžiui, pažeidus arterijas. Tyrėjai pripažįsta, kad technologiją dar reikės „suderinti“ skirtingiems scenarijams, tačiau pirmieji rezultatai rodo realų potencialą klinikinei praktikai ateityje.

    Tyrimo rezultatai publikuoti žurnale „Nature“.