Neues implantierbares Gerät ermöglicht drahtloses Echtzeit-Monitoring der Hämodynamik

Gefäßerkrankungen sind Staatsfeind Nummer eins: die weltweit führenden Todesursachen, die für fast ein Drittel aller menschlichen Todesfälle auf dem Planeten verantwortlich sind.

Die kontinuierliche Überwachung der Hämodynamik – des Blutflusses durch das Gefäßsystem – kann Behandlungen und Patientenergebnisse verbessern. Aber tödliche Zustände wie Bluthochdruck und Atherosklerose treten in langen und verwundenen Gefßsystemen mit Arterien unterschiedlichen Durchmessers und unterschiedlicher Krümmung auf, und bestehende klinische Vorrichtungen sind durch ihre Masse, Starrheit und Nützlichkeit begrenzt.

Der Forscher des Georgia Institute of Technology, Woon-Hong Yeo, und seine Mitarbeiter versuchen, die Chancen für Patienten durch die Entwicklung eines implantierbaren weichen elektronischen Überwachungssystems zu verbessern. Ihr neues Gerät, bestehend aus einem intelligenten Stent und gedruckten Softsensoren, ist in der Lage, die Hämodynamik ohne Batterien oder Schaltkreise in Echtzeit zu überwachen.

„Dieses elektronische System wurde entwickelt, um hämodynamische Daten, einschließlich Arteriendruck, Puls und Durchfluss, drahtlos an ein externes Datenerfassungssystem zu liefern, und es ist superklein und dünn, weshalb wir einen Katheter verwenden können, um es überall im Inneren zu liefern des Körpers“, sagte Yeo, dessen Team seine Studie diese Woche in der Zeitschrift veröffentlichte Wissenschaftliche Fortschritte.

Yeo fügte lächelnd hinzu: „Es ist wie ein Stent mit mehreren Tricks im Ärmel.“

Wenn dieses Gerät beispielsweise bei einem Patienten mit Arteriosklerose eingesetzt wird, sorgt es nicht nur für die Erweiterung und Verhinderung einer Verengung der Arterie wie ein herkömmlicher Stent, sondern stellt auch den normalen Blutfluss wieder her und sorgt für einen konstanten Datenfluss.

Jetzt, nachdem Sie einen Stent eingesetzt haben, sind Sie sich nicht sicher, ob das Problem behoben wurde, und die Patienten kommen möglicherweise mit demselben Problem zurück. Es kann ein Defekt des Stents oder ein Problem mit der Stententfaltung oder vielleicht ein Problem mit dem Blutfluss des Patienten sein.

Woon-Hong Yeo, Forscher, Georgia Institute of Technology

Und die derzeitige Standardmethode, um all das zu überwachen, ist ein Angiogramm. Das kann teuer werden, und in seltenen Fällen, insbesondere bei Patienten, die auch mit Diabetes zu kämpfen haben, können die Farbstoffe und die Strahlung, die bei der Angiogramm-Bildgebung verwendet werden, Krebs verursachen. Das System von Yeo versucht, die Notwendigkeit eines Angiogramms oder anderer Bildgebungsanforderungen zu umgehen.

Seine drahtlose Smart-Stent-Plattform, die mit weichen Sensoren integriert ist, wird durch induktive Kopplung betrieben, um eine drahtlose Echtzeitüberwachung zu bieten, die eine Vielzahl von Gefäßerkrankungen erkennen kann. Die induktive Kopplung nutzt Magnetfelder zur drahtlosen Energieübertragung. Es ist ähnlich wie bei der Verwendung eines drahtlosen Ladegeräts für Ihr Telefon, Ihre Smartwatch oder andere Geräte – sie gewinnen Energie aus dem vom Ladegerät erzeugten Magnetfeld.

„Grundsätzlich kann man dieses Sensorsystem überall im Körper platzieren“, erklärte Yeo. Das andere an dieser Technologieplattform ist, dass sie nicht nur ein implantierbares Sensorsystem ist, sondern auch als tragbares System verwendet werden kann. Denken Sie an eine Smartwatch und wie viel ihrer Masse von Schaltkreisen oder Batterien eingenommen wird. Wenn Sie alle entfernen Das heißt, Sie haben ein Gerät, das dünner ist als ein typisches Pflaster, ein fast unsichtbares Gesundheitsüberwachungsgerät, das Sie überall tragen können.

Das ist sowieso das langfristige Ziel. Bisher haben sie ihr drahtloses implantierbares System an Tiermodellen getestet. Allerdings gibt es noch viel zu tun. Und Yeo hat auch die Unterstützung der National Science Foundation, um die Technologie voranzutreiben. Kürzlich erhielt er von der NSF ein dreijähriges Stipendium in Höhe von 400.000 US-Dollar, das sich auf seine gedruckten Nanomembransensoren und Bioelektronik zur drahtlosen und kontinuierlichen Überwachung der Gefäßgesundheit konzentriert.

„Wir glauben, dass die von uns entwickelten mechanischen, materiellen und elektrischen Konstruktionsprinzipien und das aus dieser Arbeit resultierende Engineering- und Biosensor-Framework das Gebiet der implantierbaren Elektronik und biomedizinischen Systeme voranbringen werden“, sagte Yeo. “Und die Erkenntnisse und Erkenntnisse, die wir gewinnen, werden auf andere physiologische Prozesse und Herausforderungen in der biomedizinischen Wissenschaft und Technik anwendbar sein.”

Quelle:

Zeitschriftenreferenz:

Herbert, R., et al. (2022) Vollständig implantierbare, drahtlose, batterielose Gefäßelektronik mit gedruckten Softsensoren für die Multiplex-Erfassung der Hämodynamik. Wissenschaftliche Fortschritte. doi.org/10.1126/sciadv.abm1175.

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