Znajdź zawartość
Wyświetlanie wyników dla tagów 'implant' .
Znaleziono 31 wyników
-
Nowotwory to jedna z głównych przyczyn zgonów w krajach uprzemysłowionych. Wiele z nich potrafimy leczyć lub kontrolować, ale mimo to wciąż umiera na nie duża liczba ludzi. Przyczyną jest zbyt późna diagnoza. Opracowanie metody wczesnego wykrywania rozwijającego się nowotworu pozwoliłoby nie tylko uratować życie wielu ludziom, ale znacząco obniżyłoby koszty terapii. Potencjalną metodę ostrzegania o początkach nowotworu opracował profesor Martin Fusseneger ze Szwajcarskiego Instytutu Technologicznego w Zurichu i współpracujący z nim naukowcy. Wykorzystuje ona sieć syntetycznych genów rozpoznających bardzo wczesne etapy rozwoju nowotworów prostaty, płuc, piersi i jelita grubego. Na tych wczesnych etapach dochodzi do zwiększenia poziomu wapnia we krwi i właśnie ten podniesiony poziom wykrywa system Fussenegera. Wspomniana sieć genów jest umieszczana w implancie, który wstrzykiwany jest pod skórę, gdzie bez przerwy monitoruje poziom wapnia we krwi. Gdy poziom ten zostaje przez dłuższy czas przekroczony, uruchamiana jest cała kaskada sygnałów, które powodują, że we wstrzykniętej w określone miejsce na skórze zmodyfikowanej genetycznie grupie komórek dochodzi do produkcji melaniny. Na skórze pojawia się widoczne gołym okiem zaciemnione miejsce, które jest sygnałem ostrzegawczym o rozwijającym się nowotworze. Co istotne, sygnał ten pojawia się na długo zanim jeszcze nowotwór można wykryć za pomocą standardowych metod diagnostycznych. Posiadacz implantu powinien wówczas udać się do lekarza w celu specjalistycznej diagnostyki, mówi Fussenegger. Naukowcy wykorzystali jako wskaźnik poziom wapnia, gdyż jest on ściśle kontrolowany przez organizm. Kości służą jako bufor regulujący poziom wapnia we krwi. Zbyt duża ilość tego pierwiastka może być sygnałem o rozwoju jednego z czterech wspomnianych typów nowotworów. Wczesna diagnostyka to klucz do sukcesu. Na przykład w przypadku raka piersi szanse na wyleczenie przy wczesnej diagnozie wynoszą aż 98%, podczas gdy przy późnej diagnozie spadają do 25%. Obecnie ludzie trafią do lekarza przeważnie wówczas, gdy guz daje jakieś objawy. Niestety, często jest wówczas zbyt późno, stwierdza Fussenegger. Nawiększym ograniczeniem nowej metody jest krótki czas życia implantu. Jak mówi Fussenegger, z literatury specjalistycznej wynika, że po zamknięciu w odpowiednich kapsułach żywe komórki mogą przetrwać około roku. Po tym czasie implant trzeba będzie zapewne wymieniać. Na razie naukowcy dysponują wczesnym prototypem implantu. Był on z powodzeniem testowany na myszach i świniach. Profesor Fusseneger mówi, że opracowanie w pełni rozwiniętej wersji dla ludzi oraz proces jej testowania i dopuszczania do użytku potrwają co najmniej 10 lat. « powrót do artykułu
-
Jedną z najważniejszych barier utrudniających stosowanie nanorobotów aktywnych wewnątrz organizmu jest brak technologii umożliwiających wygodne i bezpieczne ładowanie akumulatorów bez konieczności usunięcia urządzenia z ciała pacjenta. Sytuacja ta może się jednak zmienić dzięki opracowanemu niedawno ogniwu fotowoltaicznemu zdolnemu do pobierania energii niezbędnej do jego pracy przez skórę. Autorami urządzenia są badacze z szanghajskiego Uniwersytetu Donghua oraz Instytutu Maxa Plancka w Poczdamie. Sekretem wynalazku jest możliwość przekazywania energii pod postacią fal podczerwonych, nie zaś światła widzialnego, jak w przypadku tradycyjnych ogniw fotowoltaicznych. Próba opracowania ogniw zasilanych podczerwienią nie była działaniem przypadkowym. Fale te przenikają bowiem przez skórę wielokrotnie lepiej od światła widzialnego. Problemem od kilku lat pozostawało jednak stworzenie ogniw zdolnych do pochłaniania promieniowania o takiej długości fali. Pochłaniające światło materiały opracowane z myślą o ogniwach słonecznych, takie jak krzem czy niektóre barwniki, nie są w stanie efektywnie pochłaniać światła z zakresu bliskiej podczerwieni. (...) W odróżnieniu od nich, światło takie mogą pochłaniać niektóre fosforyzujące nanomateriały na bazie pierwiastków ziem rzadkich, które wykazują następnie luminescencję w zakresie światła widzialnego, tłumaczy jeden z autorów nowego typu ogniw, Zhigang Chen. Do wytworzenia nowego rodzaju ogniw wykorzystano kryształy o wzorze chemicznym Na(Y1.5Na0.5)F6:Yb,Er. Pochłaniają one padające na nie światło podczerwone, a następnie wypromieniowują pochłoniętą energię w postaci światła widzialnego. To ostatnie jest z kolei pochłaniane przez pokryte specjalnym barwnikiem nanocząstki ditlenku tytanu, na powierzchni których powstaje ładunek elektryczny, który jest przekazywany do elektrod wyprowadzających prąd z ogniwa. Wydajność prototypu testowano poprzez oświetlanie go laserem o mocy 1W przez warstwy świńskich jelit o grubości od ok. 1 mm do ok. 6 mm, symulujących ludzką skórę. Jak się okazało, pomiędzy elektrodami udało się w ten sposób wytworzyć prąd o mocy od 0,02 do 0,28 mW. Wydaje się, że to niewiele, lecz wartość taka powinna wystarczyć do zasilania wielu rodzajów nanorobotów oraz innych rodzajów implantów. Szczegółówy opis urządzenia opublikowało czasopismo Advanced Functional Materials.
-
Podczas International Solid-State Circuits Conference uczeni z Uniwersytetu Stanforda zaprezentowali niewielki implant, zdolny do kontrolowania swej trasy w układzie krwionośnym człowieka. Ada Poon i jej koledzy stworzyli urządzenie zasilane za pomocą fal radiowych. Implant można więc wprowadzić do organizmu człowieka, kontrolować jego trasę i nie obawiać się, że np. wyczerpią się baterie. Takie urządzenia mogą zrewolucjonizować technologię medyczną. Ich zastosowanie będzie bardzo szerokie - od diagnostyki do minimalnie inwazyjnej chirurgii - mówi Poon. Jej implant będzie mógł wędrować przez układ krwionośny, dostarczać leki do wyznaczonych miejsc, przeprowadzać analizy, a być może nawet rozbijać zakrzepy czy usuwać płytki miażdżycowe. Naukowcy od kilkudziesięciu lat starają się skonstruować podobne urządzenie. Wraz z postępem technologicznym coraz większym problemem było zasilanie takich urządzeń. Sam implant można było zmniejszać, jednak zasilające go baterie pozostawały dość duże - stanowiąc często połowę implantu - i nie pozwalały mu na zbyt długą pracę. Potrafiliśmy znacząco zminiaturyzować części elektroniczne i mechaniczne, jednak miniaturyzacja źródła energii za tym nie nadążała. To z kolei ograniczało zastosowanie implantów i narażało chorego na ryzyko korozji baterii, ich awarii, nie mówiąc już o ryzyku związanym z ich wymianą - mówi profesor Teresa Meng, która również brała udział w tworzeniu implantu. Urządzenie Poon wykorzystuje zewnętrzny nadajnik oraz odbiornik znajdujący się w implancie. Wysyłane przez nadajnik fale radiowe indukują w cewce odbiornika prąd. W ten sposób urządzenie jest bezprzewodowo zasilane. Opis brzmi bardzo prosto, jednak naukowcy musieli pokonać poważne przeszkody. Uczeni od 50 lat myśleli o zasilaniu w ten sposób implantów, jednak przegrywali z... matematyką. Wszelkie wyliczenia pokazywały, że fale radiowe o wysokiej częstotliwości natychmiast rozpraszają się w tkankach, zanikając wykładniczo w miarę wnikania do organizmu. Fale o niskiej częstotliwości dobrze przenikają do tkanek, jednak wymagałyby zastosowania anteny o średnicy kilku centymetrów, a tak dużego urządzenia nie można by wprowadzić do układu krwionośnego. Skoro matematyka stwierdzała, że jest to niemożliwe, nikt nie próbował sprzeciwić się jej regułom. Poon postanowiła jednak przyjrzeć się wykorzystywanym modelom matematycznym i odkryła, że większość uczonych podchodziła do problemu niewłaściwie. Zakładali bowiem, że ludzkie mięśnie, tłuszcz i kości są dobrymi przewodnikami, a zatem należy w modelach wykorzystać równania Maxwella. Uczona ze Stanforda inaczej potraktowała ludzką tkankę. Uznała ją za dielektryk, czyli niejako rodzaj izolatora. To oznacza, że nasze ciała słabo przewodzą prąd. Jednak nie przeszkadza to zbytnio falom radiowym. Poon odkryła też, że tkanka jest dielektrykiem, który charakteryzują niewielkie straty, co oznacza, że dochodzi do małych strat sygnału w miarę zagłębiania się w tkankę. Uczona wykorzystała różne modele matematyczne do zweryfikowania swoich spostrzeżeń i odkryła, że fale radiowe wnikają w organizm znacznie głębiej niż sądzono. Gdy użyliśmy prostego modelu tkanki do przeliczenia tych wartości dla wysokich częstotliwości odkryliśmy, że optymalna częstotliwość potrzebna do bezprzewodowego zasilania wynosi około 1 GHz. Jest więc około 100-krotnie wyższa niż wcześniej sądzono - mówi Poon. To oznacza też, że antena odbiorcza w implancie może być 100-krotnie mniejsza. Okazało się, że jej powierzchnia może wynosić zaledwie 2 milimetry kwadratowe. Uczona stworzyła implanty o dwóch różnych rodzajach napędu. Jeden przepuszcza prąd elektryczny przez płyn, w którym implant się porusza, tworząc siły popychające implant naprzód. Ten typ implantu może przemieszczać się z prędkością ponad pół centymetra na sekundę. Drugi typ napędu polega na ciągłym przełączaniu kierunku ruchu prądu, przez co implant przesuwa się podobnie do napędzanej wiosłami łódki. Jest jeszcze sporo do udoskonalenia i czeka nas wiele pracy zanim takie urządzenia będzie można stosować w medycynie - mówi Poon.
-
Podczas International Solid-State Circuits Conference uczeni z Uniwersytetu Stanforda zaprezentowali niewielki implant, zdolny do kontrolowania swej trasy w układzie krwionośnym człowieka. Ada Poon i jej koledzy stworzyli urządzenie zasilane za pomocą fal radiowych. Implant można więc wprowadzić do organizmu człowieka, kontrolować jego trasę i nie obawiać się, że np. wyczerpią się baterie. Takie urządzenia mogą zrewolucjonizować technologię medyczną. Ich zastosowanie będzie bardzo szerokie - od diagnostyki do minimalnie inwazyjnej chirurgii - mówi Poon. Jej implant będzie mógł wędrować przez układ krwionośny, dostarczać leki do wyznaczonych miejsc, przeprowadzać analizy, a być może nawet rozbijać zakrzepy czy usuwać płytki miażdżycowe. Naukowcy od kilkudziesięciu lat starają się skonstruować podobne urządzenie. Wraz z postępem technologicznym coraz większym problemem było zasilanie takich urządzeń. Sam implant można było zmniejszać, jednak zasilające go baterie pozostawały dość duże - stanowiąc często połowę implantu - i nie pozwalały mu na zbyt długą pracę. Potrafiliśmy znacząco zminiaturyzować części elektroniczne i mechaniczne, jednak miniaturyzacja źródła energii za tym nie nadążała. To z kolei ograniczało zastosowanie implantów i narażało chorego na ryzyko korozji baterii, ich awarii, nie mówiąc już o ryzyku związanym z ich wymianą - mówi profesor Teresa Meng, która również brała udział w tworzeniu implantu. Urządzenie Poon wykorzystuje zewnętrzny nadajnik oraz odbiornik znajdujący się w implancie. Wysyłane przez nadajnik fale radiowe indukują w cewce odbiornika prąd. W ten sposób urządzenie jest bezprzewodowo zasilane. Opis brzmi bardzo prosto, jednak naukowcy musieli pokonać poważne przeszkody. Uczeni od 50 lat myśleli o zasilaniu w ten sposób implantów, jednak przegrywali z... matematyką. Wszelkie wyliczenia pokazywały, że fale radiowe o wysokiej częstotliwości natychmiast rozpraszają się w tkankach, zanikając wykładniczo w miarę wnikania do organizmu. Fale o niskiej częstotliwości dobrze przenikają do tkanek, jednak wymagałyby zastosowania anteny o średnicy kilku centymetrów, a tak dużego urządzenia nie można by wprowadzić do układu krwionośnego. Skoro matematyka stwierdzała, że jest to niemożliwe, nikt nie próbował sprzeciwić się jej regułom. !RCOL Poon postanowiła jednak przyjrzeć się wykorzystywanym modelom matematycznym i odkryła, że większość uczonych podchodziła do problemu niewłaściwie. Zakładali bowiem, że ludzkie mięśnie, tłuszcz i kości są dobrymi przewodnikami, a zatem należy w modelach wykorzystać równania Maxwella. Uczona ze Stanforda inaczej potraktowała ludzką tkankę. Uznała ją za dielektryk, czyli niejako rodzaj izolatora. To oznacza, że nasze ciała słabo przewodzą prąd. Jednak nie przeszkadza to zbytnio falom radiowym. Poon odkryła też, że tkanka jest dielektrykiem, który charakteryzują niewielkie straty, co oznacza, że dochodzi do małych strat sygnału w miarę zagłębiania się w tkankę. Uczona wykorzystała różne modele matematyczne do zweryfikowania swoich spostrzeżeń i odkryła, że fale radiowe wnikają w organizm znacznie głębiej niż sądzono. Gdy użyliśmy prostego modelu tkanki do przeliczenia tych wartości dla wysokich częstotliwości odkryliśmy, że optymalna częstotliwość potrzebna do bezprzewodowego zasilania wynosi około 1 GHz. Jest więc około 100-krotnie wyższa niż wcześniej sądzono - mówi Poon. To oznacza też, że antena odbiorcza w implancie może być 100-krotnie mniejsza. Okazało się, że jej powierzchnia może wynosić zaledwie 2 milimetry kwadratowe. Uczona stworzyła implanty o dwóch różnych rodzajach napędu. Jeden przepuszcza prąd elektryczny przez płyn, w którym implant się porusza, tworząc siły popychające implant naprzód. Ten typ implantu może przemieszczać się z prędkością ponad pół centymetra na sekundę. Drugi typ napędu polega na ciągłym przełączaniu kierunku ruchu prądu, przez co implant przesuwa się podobnie do napędzanej wiosłami łódki. Jest jeszcze sporo do udoskonalenia i czeka nas wiele pracy zanim takie urządzenia będzie można stosować w medycynie - mówi Poon.
-
Ku zaskoczeniu amerykańskich naukowców okazało się, że nawilżaczem w implantach stawów biodrowych typu metal-metal jest grafit, nie białka. Wiedza ta pozwoli zaprojektować lepsze materiały do implantów, które będą mniej podatne na zużycie. Zespół złożony ze specjalistów z Northwestern University, Centrum Medycznego Rush University oraz Universität Duisburg-Essen odkrył, że kluczowym składnikiem lubrykantu z powierzchni implantu typu metal-metal jest grafit. Nawilżacz jest zatem bardziej podobny do występującego w silniku spalinowym niż w naturalnym stawie. Materiały protetyczne stawów biodrowych (metale, polimery i ceramika) wytrzymują przeważnie powyżej 10 lat. Po upływie dekady mamy jednak do czynienia ze zwiększoną częstotliwością uszkodzeń, zwłaszcza u młodych, aktywnych osób. Nic dziwnego więc, że marzeniem ortopedów jest wydłużenie żywotności implantów stawów biodrowych do 30-50 lat. Najlepiej zaś, by służyły pacjentowi do końca życia. Teraz, gdy zaczynamy rozumieć, jak przebiega nawilżanie tych implantów w organizmie, mamy punkt zaczepienia, żeby je ulepszyć - podkreśla prof. Laurence D. Marks. Wcześniejsze badania 2 członków ekipy, Alfonsa Fischera z Universität Duisburg-Essen i Markusa Wimmera z Centrum Medycznego Rush University, wykazały, że nawilżająca warstwa tworzy się na metalowych stawach w wyniku tarcia (następuje tzw. zużycie trybologiczne). Kiedy już powstanie, zmniejsza tarcie, a także ogranicza zużycie i korozję. Autorzy opracowania opublikowanego w Science porównują film graniczny protezy do cienkiej warstewki wody pozwalającej łyżwiarzowi ślizgać się po lodzie. Naukowcy wiedzieli więc już o istnieniu warstwy smarującej, która występuje zarówno na powierzchni głowy, jak i panewki, dotąd nie mieli jednak pojęcia, z czego jest ona zbudowana. Zakładano, że to białka albo inna substancja występująca w organizmie. Zespół złożony ze specjalistów z wielu dziedzin badał 7 implantów, pobranych od pacjentów z różnych względów. Akademicy posłużyli się m.in. mikroskopami optycznymi i elektronowymi. Spektra utraty energii elektronów wskazały na grafit. Bazując na tym i na innych dowodach, naukowcy doszli do wniosku, że warstwa nawilżająca składa się głównie z grafitu.
-
Implanty "wybrukowane" nanocząstkami metalu zmniejszają ryzyko odrzucenia przez organizm. Naukowcy z Uniwersytetu w Göteborgu jako pierwsi wyjaśnili, czemu implant o nierównej powierzchni łatwiej integruje się z otaczającą tkanką niż jego gładka wersja (International Journal of Nanomedicine). Zespół badawczy pracował pod przewodnictwem Hansa Elwinga. Szwedzi wykorzystali technikę, dzięki której na złotej powierzchni można było uzyskać nanostruktury o średnicy 10-18 nm, a następnie związać je z drugą idealnie gładką złotą powierzchnią w ściśle kontrolowanych odległościach. W ten sposób uzyskano coś na kształt wybrukowanego chodnika. Okazało się, że wybrukowanie powierzchni implantu zmniejszało aktywację ważnych elementów nieswoistej odpowiedzi odpornościowej. Stało się tak, gdyż nanocząstki miały zbliżone wymiary do kilku białek, które biorą w niej udział . Dzięki temu organizmowi łatwiej zintegrować ciała obce, np. rozruszniki, endoprotezy stawów czy kapsułki z lekami. Spada ryzyko miejscowego stanu zapalnego. Niewykluczone, że wrodzony układ odpornościowy został tak zaprojektowany, by reagować na gładkie powierzchnie, ponieważ z jednej strony takowe nie występują naturalnie w organizmie, a z drugiej, niektóre bakterie mają idealnie gładką powierzchnię - wyjaśnia Elwing. Współczesna nanotechnologia jest na tyle zaawansowana, że wyprodukowanie implantów lub kapsułek leków o zadanej topografii powierzchni jest dość proste i tanie. Zanim jednak podobne rozwiązania zostaną wdrożone w ludzkiej medycynie, minie kilka lat. Obecnie trwają prace nad modyfikacją różnego rodzaju implantów tytanowych. Rozpoznajemy scenariusz, w którym wykonywalibyśmy tytanowe śruby gęstsze w pobliżu łba, dzięki czemu lepiej zlewałyby się w górnej części [czyli tam, gdzie kość jest twardsza].
-
Sztuczny móżdżek u szczurów to, wg futurystów, kolejny krok na drodze do stworzenia cyborgów, u których wzmocniono by działające prawidłowo funkcje. Dla biologów i lekarzy osiągnięcie Mattiego Mintza z Uniwersytetu w Tel Awiwie ma jednak nieco inne znaczenie: daje nadzieję na zastąpienie struktur uszkodzonych przez udar, wypadek czy procesy starzenia. Naukowcy podkreślają, że dotychczasowe protezy, np. implant ślimakowy, pozwalały na jednokierunkową komunikację – od urządzenia do mózgu albo na odwrót. W przypadku sztucznego móżdżku przepływ informacji zachodzi w obie strony. Urządzenie otrzymuje dane czuciowe z pnia mózgu. Interpretuje je, a następnie wysyła sygnał do różnych regionów pnia mózgu i znajdujących się tu obwodowych neuronów ruchowych (to do nich dostarczają część bodźców włókna związane z odruchami i programem ruchów). To dowód, że można nagrywać dane z mózgu, analizować je podobnie jak sieć biologiczna i kierować do mózgu informację zwrotną – cieszy się Mintz. Z kilku względów móżdżek doskonale nadawał się do zastąpienia sztucznym odpowiednikiem. Niemal doskonale znamy jego anatomię i niektóre z jego zachowań. Na początku akademicy analizowali sygnały napływające z pnia mózgu do sterującego równowagą, koordynacją i czasowaniem ruchów móżdżku. Później przyglądali się generowanej przez móżdżek odpowiedzi. Na końcu stworzyli sztuczną wersję móżdżku w postaci chipa, który znajduje się na zewnątrz czaszki i jest podłączony do mózgu za pomocą wszczepionych elektrod. W ramach testów znieczulono szczura i wyłączono jego móżdżek. Zwierzę poddano warunkowaniu klasycznemu. Najpierw miało ono mrugać w odpowiedzi na dmuchnięcie w oko połączone z dźwiękiem, potem po zadziałaniu samego dźwięku. W pierwszym scenariuszu naukę prowadzono bez podłączonego chipa (wtedy szczur nie był w stanie opanować odruchu). W drugim chip podłączano i gryzoń uczył się jak zwykłe zwierzę. Naukowcy komentujący doniesienia Izraelczyków podkreślają, że w przyszłości trzeba będzie stworzyć modele większych obszarów móżdżku, które mogłyby się uczyć całych sekwencji ruchowych. Wg nich, warto by też sprawdzić, jak sprawuje się chip u przytomnych zwierząt, a nie będzie to łatwe ze względu na artefakty w sygnale generowane przez sam ruch.
-
Pokrycie implantów stawów kolanowych rodnikami sprawia, że są one przez organizm postrzegane jako ciała w mniejszym stopniu obce. Zmniejsza to ryzyko odrzucenia protez przez organizm. Prof. Marcela Bilek z Uniwersytetu w Sydney sądzi, że wolne rodniki tworzą wokół powierzchni implantu coś w rodzaju czapki niewidki. Australijczycy wyjaśniają, że implanty stawów kolanowych czy biodrowych, stenty itp. z definicji wymagają kontaktu struktur biologicznych z metalem czy plastikiem. Kiedy jednak białka stykają się ze sztucznymi powierzchniami, ulegają denaturacji i zatracają swoją konformację przestrzenną, która jest im niezbędna do prawidłowego funkcjonowania. Organizm próbuje je naprawiać, a gdy się to nie udaje, wskutek nadmiernego włóknienia implant zostaje otoczony grubą warstwą tkanki bliznowatej. Naukowcy z antypodów wyszli z założenia, że potrzebne są silnie wiążące (się) powierzchnie, które nie wywołują denaturacji kompatybilnego białka. Tradycyjne powierzchnie hydrofilne spełniają jeden z tych warunków - nie prowadzą do denaturacji unieruchomionych protein - ale niestety, wykazują do nich niskie powinowactwo. Po przejrzeniu literatury przedmiotu i wygenerowaniu własnych hipotez zespół Bilek przetestował więc metodę wykorzystującą naczynie z plazmą i strumienie jonów. Dzięki niej uzyskano powierzchnię hydrofilną, zdolną do wiązania kowalencyjnego z czynnymi biologicznie cząsteczkami. Podczas eksperymentów okazało się bowiem, że siły elektrostatyczne powodują, iż jony w plazmie uderzają w powierzchnię materiału, np. metalu, i zaczynają go penetrować, prowadząc do powstania rodników z niesparowanymi elektronami. Po wyjęciu powierzchni z plazmy rodniki migrują na powierzchnię, gdzie reagują z tlenem z powietrza. Wskutek tego materiał staje się hydrofilny i przyciąga białka, które są normalnie złożone w taki sposób, że część wykazująca powinowactwo do wody znajduje się na zewnątrz. Z czasem coraz więcej rodników migruje na powierzchnię, dzięki czemu między nimi a białkami mogą powstać wiązania kowalencyjne. Australijczycy udowodnili, że czas utworzenia monowarstwy kowalencyjnie związanych białek zależy od kinetyki, a także liczby cząsteczek protein w roztworze oraz wolnych rodników w rezerwuarze pod powierzchnią badanego materiału. Jako że magazyn rodników można wytworzyć w każdym ciele stałym, metoda zespołu Bilek sprawdzi się w odniesieniu do różnego rodzaju urządzeń biomedycznych, od stentów po płucoserca. Warto też wspomnieć o ich potencjale w zakresie wykrywania patogenów. W tego rodzaju czujnikach rodniki zapobiegałyby odkształceniu białek stosowanych do detekcji szkodliwych bakterii czy wirusów. Powłoka zostanie też zapewne wdrożona w mikromacierzach ułatwiających leczenie wczesnych etapów chorób. Bilek tłumaczy, że jako część powłoki wolne rodniki pozostają związane i nie mogą poczynić szkód w DNA komórek. Obecnie trwają prace nad białkami do tworzonych powłok, które "zachęcałyby" tkanki do integrowania ze sztucznymi powierzchniami.
-
Bioinżynierowie z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa opracowali płynny materiał – kompozyt cząsteczek naturalnych i syntetycznych – który może pomóc w odtworzeniu uszkodzonej tkanki miękkiej. Wstrzykuje się go pod skórę, a następnie utwardza za pomocą światła. Naukowcy porównują to do zestalania galaretki w formie po spadku temperatury (Science Translational Medicine). Na razie Amerykanie przeprowadzili wstępne badania na szczurach i ludziach. Rezultaty okazały się naprawdę zachęcające, ale wynalazek nie nadaje się jeszcze do rutynowego stosowania w klinikach. Implantowane materiały biologiczne mogą naśladować fakturę tkanki miękkiej, ale są zazwyczaj szybko rozkładane przez organizm. Materiały syntetyczne bywają bardziej stałe, ale układ odpornościowy je odrzuca i przeważnie nie łączą się dobrze z otaczającą naturalną tkanką. Nasz materiał kompozytowy, z biologicznym komponentem zwiększającym kompatybilność z ciałem i syntetycznym odpowiadającym za wytrzymałość, łączy najlepsze cechy obu światów – podkreśla dr Jennifer Elisseeff. Amerykanie połączyli kwas hialuronowy (HA), który nadaje naszej skórze elastyczność, oraz poli(tlenek etylenu), w skrócie PEG. Wybrany przez nich polimer jest już z powodzeniem stosowany jako składnik kleju chirurgicznego. Dzięki temu wiadomo, że nie wywołuje ostrych reakcji układu odpornościowego. Dzięki wykorzystaniu energii światła powstają wiązania między molekułami PEG, a w środku zostaje uwięziony kwas hialuronowy. Co ważne, implant zachowuje swój kształt i nie wycieka. Aby uzyskać jak najlepszy kompozyt PEG-HA, naukowcy wstrzykiwali pod skórę i do mięśni grzbietu szczurów mieszanki różnych stężeń obu substancji. Następnie operowane miejsce oświetlano zieloną diodą LED. Właściwości implantu oceniano po 47 i 110 dniach za pomocą rezonansu magnetycznego, a później usuwano. Bezpośrednie pomiary i MRI wykazały, że implanty utworzone z najwyższego stężenia PEG oraz HA zachowywały pierwotne rozmiary, podczas gdy implanty z samego HA kurczyły się z biegiem czasu. Bezpieczeństwo i trwałość implantów PEG-HA testowano także przez 3 miesiące na 3 ochotnikach, którzy przeszli abdominoplastykę. Pod skórę brzucha wstrzyknięto im ok. 5 kropel PEG-HA lub samego kwasu hialuronowego. Żaden z pacjentów nie był hospitalizowany ani nie zmarł w związku z 8-mm implantem. Wspominali oni jednak o odczuwaniu gorąca i bólu podczas utwardzania. Po 12 tygodniach od zabiegu rezonans nie wykazał zmniejszenia się implantu. Po jego usunięciu i obejrzeniu okolicznych tkanek okazało się, że rozwinął się lekki-umiarkowany stan zapalny, związany z obecnością leukocytów określonego typu. Naukowcy ujawnili, że podobna reakcja zapalna wystąpiła u szczurów, ale u gryzoni i ludzi zaangażowały się w nią inne białe krwinki. Członkowie zespołu Elisseeff uważają, że jest to związane z wykorzystaną tkanką docelową: u ludzi implanty utworzono w obrębie brzucha, a u szczurów w mięśniach grzbietu. Nadal musimy ocenić trwałość i bezpieczeństwo naszego materiału w innych ludzkich tkankach, takich jak mięśnie czy mniej otłuszczone regiony pod skórą twarzy, by zoptymalizować kompozyt wykorzystywany w różnych procedurach. Amerykanie wiążą największe nadzieje z wykorzystaniem PEG-HA do rekonstrukcji twarzy.
-
Wstrzykiwalny implant przy uszkodzeniach krążków międzykręgowych
KopalniaWiedzy.pl dodał temat w dziale Medycyna
Brytyjscy badacze zaproponowali rozwiązanie, które przyniesie wielką ulgę osobom cierpiącym na chroniczne bóle pleców. Ponieważ często są one spowodowane degeneracją krążków międzykręgowych, będzie można zastosować wstrzykiwalny implant z biomateriału. Naukowcy z Uniwersytetu w Manchesterze opublikowali w piśmie Soft Matter artykuł na temat dziejów swojego wynalazku. Ma on naprawdę duże znaczenie, gdyż po bólach głowy przewlekłe bóle pleców są najczęstszą dolegliwością neurologiczną. Szacuje się, że w którymś momencie życia doświadcza ich aż 80% ludzi. Brytyjczycy utworzyli międzywydziałowy zespół, który od lat pracował nad zwiększającymi objętość nanoskopowymi cząstkami polimeru. Wcześniej zademonstrowano, że utworzona z takich cząstek wstrzykiwalna ciecz może się przekształcić w żel, odnawiający funkcje mechaniczne uszkodzonego modelu krążków międzykręgowych. Ostatnio ekipa pracująca pod kierownictwem doktora Briana Saundersa poczyniła znaczne postępy, doprowadzając do połączenia cząstek mikrożelu i uformowania nadającego się do wstrzyknięcia wytrzymałego i elastycznego żelu. Może on wytrzymać duże zmiany kształtu, nie ulegając przy tym zniszczeniu. Ulepszone żele mają o wiele lepsze właściwości mechaniczne od pierwszej generacji wynalazku. -
Ferrografia jest od dawna stosowana do analizy olejów, smarów i płynów hydraulicznych. Próbkę umieszcza się w silnym polu magnetycznym. W ten sposób można np. odseparować cząstki pochodzące ze zużycia silników. Teraz naukowcy z Uniwersytetu w Tel Awiwie chcą zastosować zmodyfikowaną wersję tej metody – bioferrografię – do oceny stanu implantów ortopedycznych, skuteczności leków czy diagnozowania różnych chorób, np. nowotworów, na wczesnych etapach. Wyniki badań zespołu profesora Noama Eliaza ukazały się w periodyku Acta Biomaterialia. W chorobie zwyrodnieniowej stawów chrząstki ulegają stopniowym uszkodzeniom. W skrajnych przypadkach dochodzi do tarcia kości. Obecnie diagnoza opiera się w dużej mierze na wynikach prześwietlenia, w ten sposób trudno jednak precyzyjnie ocenić zaawansowanie choroby. Wg Izraelczyków, bioferrografię można wykorzystać do uchwycenia jej na wczesnym etapie, poza tym jest ona bardziej obiektywna od rtg. Za pomocą bioferrografu izoluje się docelowe komórki lub tkanki. Urządzenie wychwytuje oznakowane magnetycznie cząstki kości/chrząstki z mazi stawowej pobranej od pacjenta. Naukowcy z zespołu Eliaza zliczają je, analizują ich skład chemiczny, kształt i rozmiary. Liczbę i wymiary cząstek pochodzących ze zużycia stawu można skorelować z zaawansowaniem choroby, natomiast skład chemiczny i kształt wskazują, z jakiej warstwy histologicznej chrząstki pochodzą. Metoda jest bardzo wrażliwa – pozwala na wychwycenie cząstek o wielkości mierzonej w nanometrach. To tak wczesny etap choroby zwyrodnieniowej, że żaden ortopeda nie byłby w stanie zobaczyć niczego niepokojącego na zdjęciu. W 2003 r. prof. Donna Meyer z University of Rhode Island również proponowała, by zastosować ferrografię przy ocenie zużycia protez stawów kolanowych i biodrowych. Koledzy z Uniwersytetu w Tel Awiwie zrealizowali ten postulat, w dodatku rozwijając procedurę, stwierdzili, że technika przyda się nie tylko ortopedom, ale i farmaceutom. Izraelczycy oceniali skuteczność wstrzykiwania w staw kolanowy związków kwasu hialuronowego. U pacjentów z chorobą zwyrodnieniową stosuje się serię 4 iniekcji. Przed każdą z nich przedstawiciele zespołu Eliaza pobierali próbki mazi stawowej, by ocenić, czy lek spowalnia proces uszkodzenia chrząstki lub w ogóle go zahamowuje. Bioferrograf wykazał, że podczas terapii spadło stężenie zarówno cząstek chrząstki, jak i kości. Po czwartym zastrzyku w serii ich poziom jednak wzrastał, co może stanowić podstawę do wyeliminowania ostatniej iniekcji ze schematu leczenia. Eliaz sądzi, że za pomocą bioferrografii można na etapie projektowania oceniać okres przydatności implantów ortopedycznych. Korzystając z tej technologii, projektant ustali, jak nowa geometria, wymiary i materiały wpływają na funkcjonalność protezy. Po wszczepieniu lekarze będą zaś mogli zbadać płyn maziowy i sprawdzić, czy implant eroduje, a jeśli tak, to w jakim tempie.
-
Inżynierowie skonstruowali stymulator mięśni, który jest na tyle mały, że można go wszczepić do kanału kręgowego. Ma on pomóc paraplegikom (osobom z porażeniem dwukończynowym) w wykonywaniu ćwiczeń wzmacniających mięśnie nóg. Implant przypomina rozmiarami dziecięcy paznokieć. W pojedynczym module zmieściły się zarówno elektrody, jak o stymulator. Projektem EPSRC (Engineering and Physical Sciences Research Council) kieruje prof. Andreas Demosthenous z Uniwersyteckiego College'u Londyńskiego. Współpracują z nim eksperci z Uniwersytetu we Fryburgu Bryzgowijskim oraz Tyndall Institute. Demosthenous tłumaczy, że za pomocą urządzenia jego autorstwa da się pobudzać więcej grup mięśniowych niż przy wykorzystaniu tradycyjnych technologii, ponieważ w kanale kręgowym można umieścić kilka modułów. Stymulacja większej liczby grup mięśniowych oznacza, że użytkownik aparatu będzie w stanie na tyle się poruszać, by wykonywać kontrolowane ćwiczenia, takie jak jazda na rowerze czy wiosłowanie. Międzynarodowy zespół podkreśla, że urządzenie sprawdzi się też podczas rehabilitacji nietrzymania moczu czy kału – w takich przypadkach stymulowano by ściany pęcherza lub nerwy (prowadząc do zwiększenia pojemności jelita grubego i zahamowując jego skurcze). Dzięki najnowszej technologii laserowej z platynowej folii wycięto miniaturowe elektrody. Potem je złożono, nadając im kształt kartek książki (stąd nazwa aparatu Aktywna Książka, Active Book). Kartki zamykają się wokół korzeni nerwów, są też zespawane z krzemowym chipem. Projektanci zadbali o hermetyczne zamknięcie całości, by do środka nie dostała się woda i nie doszło do korozji elektroniki. Wbudowano nawet czujnik wilgoci. Pilotażowe badania z Active Book rozpoczną się najprawdopodobniej w przyszłym roku.
-
W Instytucie Fraunhofera powstała pianka tytanowa, która świetnie nadaje się do tworzenia implantów kości. Ma ona taką samą strukturę jak naturalne kości, jest elastyczna i bardzo wytrzymała. Wspomaga ponadto odtwarzanie się kości. Tytanowe implanty stosuje się od dawna, jednak nie są one pozbawione wad. Implanty takie nie mają właściwości charakterystycznych dla ludzkich kości. Są mocniejsze i sztywne, przez co spoczywa na nich większy ciężar. To z kolei powoduje, że degenerują się kości w otoczeniu implantu. W efekcie implant się poluźnia i musi być co jakiś czas wymieniany. Wad tych pozbawiona jest tytanowa pianka. Jej struktura przypomina kość, a implanty są elastyczne. Ponadto istniejące w niej pory umożliwiają wzrost naturalnych kości. Podczas produkcji pianki wykorzystano proces stapiania proszku, który jest wykorzystywany np. przy produkcji ceramicznych filtrów. Najpierw poliuretanowa pianka wypełniana jest roztworem zawierającym środek wiążący i drobny proszek tytanowy. Proszek przyczepia się do komórek pianki. Następnie pianka i środek wiążący są odparowywane. Pozostaje tytanowa pianka o strukturze takiej, jak struktura kości. Dzięki takiej metodzie produkcji uzyskano równowagę pomiędzy odpowiednimi wytrzymałością i sztywnością. Tytanowa pianka powstała w ramach projektu "TiFoam".
-
Naukowcy z 3 amerykańskich uniwersytetów skonstruowali implant mózgowy, składający się po części z jedwabiu. Jest bardzo cienki, a zastosowanie giętkich elektrod sprawia, że urządzenie doskonale stapia się z otoczeniem. Testy na kotach wykazały, że dokładniej zapisuje aktywność neuronów niż aparat grubszy i sztywniejszy. Specjaliści z University of Illinois, Uniwersytetu Pensylwanii oraz Tufts University uważają, że ich wynalazek polepszy stan zdrowia i jakość życia m.in. pacjentów z padaczką czy uszkodzeniami rdzenia kręgowego, a także ułatwi posługiwanie się protezami rąk i nóg. W implancie do utworzenia macierzy elektrod wykorzystano białka jedwabiu. Na tym wzorze rozmieszczono miniaturowe metalowe elektrody. Jako że jedwab jest materiałem biokompatybilnym i rozpuszczalnym w wodzie, po jakimś czasie od wszczepienia znika, a na powierzchni mózgu pozostaje jedynie sieć obwodów. Zastosowany materiał pozostaje przezroczysty, giętki i wytrzymały, ponadto można regulować tempo jego rozpuszczania. Amerykanie testowali swoje urządzenie na kotach. Zwierzęta były znieczulone, ich oczy jednak nadal funkcjonowały. Ssakom pokazywano różne obrazy i utrwalano, jak na nie reagują. Eksperci doceniają rozwiązanie, podkreślając, że zmniejszając kontakt z tkanką mózgu, ogranicza ono jego uszkodzenia.
-
Naukowcy z North Carolina State University opracowali niezwykły materiał, który już niedługo może znaleźć zastosowanie m.in. w ortopedii. Substancją tą jest spieniona forma metalu, która może posłużyć jako element spajający kości lub ułatwiający związanie się implantów z tkanką kostną. Jak twierdzą autorzy wynalazku, jego główną zaletą jest biokompatybilność (tzn. możliwość umieszczania go w obrębie żywej tkanki bez wywoływania nadmiernej reakcji immunologicznej) oraz niska gęstość, nieprzekraczająca tej charakterystycznej dla aluminium. Ważne są także korzystne właściwości mechaniczne, takie jak zdolność do absorpcji drgań oraz elastyczność porównywalna z naturalną tkanką kostną. Równie niezwykły, co porowata forma nowego materiału, jest jego skład chemiczny. Oprócz pianki złożonej w 100% ze stali badacze opracowali bowiem dość rzadko spotykaną w tradycyjnych konstrukcjach mieszankę stali i aluminium. Jednocześnie, jak zaznaczają autorzy, liczne przestrzenie obecne w implancie pozwalają na jego infiltrację przez elementy żywej tkanki, ułatwiając tym samym jego umocowanie w organizmie i wzmacniając jego integrację ze strukturami ożywionymi. Jak ocenia szef zespołu pracującego nad udoskonaleniem metalicznej pianki, dr Afsaneh Rabiei, ma ona sporą szansę wyprzeć tytan z pozycji najlepszego materiału do produkcji wielu rodzajów implantów. Zdaniem badacza kluczową cechą nowego wynalazku jest jego stosunkowo wysoka elastyczność, trzykrotnie większa niż w przypadku tytanu i jednocześnie zbliżona do wartości charakterystycznych dla tkanki kostnej. Jest to niezwykle ważne, gdyż ogromna sztywność implantów tytanowych sprzyja przyjmowaniu przez nie zbyt wielkich obciążeń, przez co na styku z metalowym ciałem obcym w wielu przypadkach dochodzi do obumierania komórek tkanki kostnej. Ostateczne zatwierdzenie metalicznej pianki do zastosowania klinicznego będzie jednak wymagało dalszych testów.
-
Gordon Moore, 72-latek z angielskiego hrabstwa Northumberland, jest żywym przykładem na to, że ludzki organizm, choć z pozoru idealnie uporządkowany, bywa pełen niespodzianek. U mężczyzny stwierdzono bowiem regenerację... potężnego ubytku kości czaszki, do którego powstania doszło w 1955 r. w wyniku wypadku. Uraz głowy, do jakiego doszło u mężczyzny, był efektem wypadku samochodowego zakończonego dachowaniem. 18-letni wówczas Moore przeżył, lecz jego czaszka została potrzaskana do tego stopnia, że niezbędne było wstawienie metalowej płytki zasłaniającej ogromny ubytek. Proteza nie wytrzymała jednak zbyt długo, gdyż po trzech latach została... uszkodzona podczas kolejnej kraksy. Pomimo naruszenia ochronnej wstawki, lekarze podjęli decyzję o pozostawieniu jej na swoim miejscu. Kolejna interwencja była potrzebna dopiero niedawno, gdy okazało się, że do tkanki otaczającej implant wdała się infekcja. Chirurdzy operujący Moore'a przekonali się wówczas, że czaszka mężczyzny... odrosła, przyjmując formę odpowiadającą krzywiźnie narzuconej przez ciało obce. Lekarze nie wiedzą dokładnie, w którym momencie zaszedł proces regeneracji brakującego fragmentu czaszki. Niezależnie od tego było to jednak zjawisko bardzo nieoczekiwane u osoby dorosłej - w normalnych warunkach zarośnięcie tak wielkiego ubytku mogłoby zajść co najwyżej u małych dzieci. Nie mieliśmy pojęcia, co znajdziemy pod spodem, ale nie oczekiwaliśmy odnalezienia nowej czaszki, opisuje dr Param Bhattathiri, neurochirurg opiekujący się 72-letnim pacjentem. Można się tego spodziewać u dziecka, ale nie u dorosłego, a już na pewno nie na tak dużym obszarze kości. Ostatecznie podjęto decyzję o usunięciu metalowej płytki. Nie wiadomo jednak, czy nie będzie konieczne wstawienie nowego implantu - wszystko zależy od wyników pomiarów grubości i wytrzymałości nowej tkanki. Póki co 72-latek nie traci jednak humoru i cieszy się, że przynajmniej przez pewien czas nie będzie... uruchamiał alarmów podczas odpraw na lotniskach.
-
Implanty wysycone lekami są jedną z najbardziej obiecujących form leczenia wielu chorób. Są one wygodne i uwalniają pacjenta np. od przyjmowania licznych zastrzyków, lecz jest to, niestety, powiązane z brakiem kontroli nad dawkowaniem leku. Ta niekorzystna sytuacja może się jednak zmienić, bowiem zespół dr. Daniela Kohane'a z Children's Hospital Boston opracował metodę dozowania leku z wykorzystaniem pola magnetycznego. Urządzenie opracowane przez amerykańskich badaczy ma średnicę zaledwie 1 cm, dzięki czemu wszczepienie go do wnętrza organizmu nie stanowi żadnego problemu. Jego sercem jest komora wypełniona lekiem oraz nanocząstkami magnetytu - aktywnego magnetycznie minerału złożonego z tlenku żelaza (II) i żelaza (III). Zbiorniczek jest otoczony warstwą reagującego na ciepło żelu, pełniącego funkcję regulatora dawek przechowywanej substancji. W temperaturze odpowiadającej ciepłocie ciała żel uniemożliwia wyciek leku. Po przyłożeniu pola magnetycznego dochodzi jednak do rozgrzania drobin magnetytu, czego efektem jest chwilowe zaburzenie struktury żelowej membrany i powstanie porów ułatwiających ucieczkę leczniczego ładunku. Po wyłączeniu źródła pola magnetycznego błona zamyka się, a niewykorzystana dawka leku zostaje zamknięta we wnętrzu zbiornika. O potencjalnej przydatności implantu świadczą testy na zwierzętach, w których wykazano, że utrzymuje on swoją aktywność aż do 45 dni i pozwala na precyzyjne dozowanie zawartej w jego wnętrzu substancji. Temperatura jego aktywacji została przy tym dobrana tak, by nie uruchamiał się on np. w czasie gorączki, lecz jednocześnie nie stanowił zagrożenia dla organizmu podczas nagrzewania się. Przedstawiciele amerykańskich Narodowych Instytutów Zdrowia (NIH), sponsora badań nad terapeutycznym implantem, są pełni nadziei na dalszy rozwój wynalazku. Ich zdaniem ostateczne wersje urządzenia mogą być bardzo przydatne ze względu na możliwość precyzyjnego dawkowania leków oraz uwolnienia pacjentów od konieczności regularnego przyjmowania zastrzyków.
-
Jedną z metod zwiększenia wydajności komputerów jest połączenie elektroniki z materiałami biologicznymi. Eksperci z Lawrence Livermoore National Laboratory (LLNL) opracowali hybrydową platformę, która pozwala na tworzenie urządzeń bionanoelektronicznych wykorzystujących pokryte lipidami nanokable. Tego typu urządzenia mogą zrewolucjonizować medycynę i diagnostykę, gdyż pozwolą na łatwe łączenie urządzeń elektronicznych z ludzkim ciałem. Przyczynią się do znacznego postępu w protetyce, pozwalając np. na skonstruowanie sztucznego ślimaka ucha wewnętrznego. W dalszej przyszłości dzięki bioelektronice mogą powstać potężne komputery. Systemy biologiczne są w stanie przetwarzać różne informacje znacznie sprawniej niż najpotężniejszy superkomputer. Wystarczy wspomnieć o przetwarzaniu i rozpoznawaniu obrazów czy dźwięków. Dla każdego zdrowego zwierzęcia jest to zadanie banalnie łatwe, a przekracza możliwości współczesnych maszyn. Obwody elektroniczne korzystające ze złożonych komponentów biologicznych mogą być znacznie bardziej wydajne - mówi Aleksandr Noy, szef projektu badawczego w LLNL. Dotychczas próbowano łączyć mikroelektronikę z materiałami biologicznymi, nigdy jednak nie osiągnięto odpowiedniego poziomu integracji. Dzięki stworzeniu nanomateriałów o skali wielkości porównywalnej z wielkością molekuł biologicznych możemy silnie zintegrować te systemy - stwierdza Noy. Jego zespół wykorzystał powszechnie spotykane w komórkach błony lipidowe. Tworzą one stabilne, samoregenerujące się systemy, które są jednocześnie nieprzenikalnymi barierami dla jonów i niewielkich molekuł. Trzeba też wspomnieć, że błony te mogą zawierać olbrzymią liczbę maszyn złożonych z białek. Maszyny te przeprowadzają wiele operacji, takich jak rozpoznawanie, transport czy przesyłanie sygnałów w komórce - stwierdza Nipun Misra, jeden z członków zespołu badawczego. Naukowcy użyli dwuwarstwowej błony lipidowej, za pomocą której odizolowali nanokable w krzemowym tranzystorze od roztworu. Dzięki takiemu rozwiązaniu mogli wykorzystać pory w błonie do decydowania, którędy jony mogą przenikać do nanokabli. Pozwala to na kontrolowanie transportu jonów oraz działania białek w membranie. Eksperymenty wykazały bowiem, że zmieniając napięcie w bramce tranzystora można zamykać i otwierać pory.
-
Bakterie wytwarzające hydroksyapatyt (HA) można wykorzystać do uzyskania bardziej wytrzymałych implantów kości. Nową metodę opracowała profesor Lynne Macaskie z University of Birmingham. Podczas badań okazało się, że bakterie z rodzaju Serratia ściśle przylegają do różnych powierzchni, m.in. stopów tytanu, polipropylenu, porowatego szkła i pianki poliuretanowej, ponieważ tworzą biofilm zawierający biopolimery działające jak klej. Na tej warstwie tworzy się następnie powłoka z hydroksyapatytu. Aby dało się to wykorzystać w praktyce, warstwa HA musi ściśle przylegać. Materiał jest zatem suszony i podgrzewany (ma to zabić niepotrzebne już bakterie). Mikromanipulacyjna technika, którą wykorzystano do zmierzenia sił potrzebnych do rozerwania biokleju, wykazała, że by zniszczyć wysuszoną jego wersję, trzeba ciągnąć 20-krotnie mocniej niż w przypadku wersji świeżej. Po pokryciu hydroksyapatytem przyleganie stało się jeszcze kilkukrotnie silniejsze. Efektywność kleju zwiększała się, gdy powierzchnia nie była gładka, lecz lekko szorstka. Obecnie implanty kości uzyskuje się przez "nasprejowanie" hydroksyapatytu. Nie mogą się one jednak pochwalić dobrą wytrzymałością mechaniczną, poza tym sprej sięga tylko do widocznych obszarów. Z bakteriami nie ma tego problemu, bo dotrą wszędzie. Co więcej, bakteryjny HA ma lepsze właściwości niż minerał uzyskany chemicznie. Dzieje się tak, gdyż nanokryształy tego pierwszego są o wiele mniejsze i to właśnie to zapewnia im większą wytrzymałość. Bakterie są niszczone przez podgrzewanie, pozostawiając HA przylegający do danej powierzchni dzięki ich własnemu klejowi – przypomina to sos, który przywarł do patelni – podsumowuje prof. Macaskie.
-
Biopsja tkanki nowotworowej może dostarczyć wielu cennych informacji. Niestety, uzyskujemy w ten sposób wyłącznie dane na temat bieżącego stanu guza. Problem ten może zostać rozwiązany dzięki najnowszemu wynalazkowi opracowanemu w MIT. Praca tego urządzenia jest jak umieszczenie laboratorium w ciele pacjenta, opisuje prof. Michael Cima, szef zespołu pracującego nad prototypem wynalazku. Zadaniem pierwszej wersji aparatu jest pomiar stężenia gonadotropiny kosmówkowej - hormonu, którego poziom we krwi wzrasta w niektórych przypadkach choroby nowotworowej. Innowacyjny produkt działa w oparciu o aktywne magnetycznie nanocząsteczki opłaszczone przeciwciałami swoistymi dla gonadotropiny kosmówkowej. Znajdują się one we wnętrzu cylindrycznej polietylenowej komory o średnicy 5 mm. W ścianach naczynka znajdują się otwory, których rozmiar został dobrany tak, by umożliwić przenikanie poszukiwanego hormonu, lecz nie pozwolić na ucieczkę nośnika przeciwciał. Jeżeli w okolicy implantu wytwarzana jest gonadotropina kosmówkowa, przenika ona do wnętrza komory i jest wiązana przez przeciwciała. A ponieważ wiele cząsteczek przeciwciał "rywalizuje" o przyłączenie pojedynczej molekuły hormonu, po pewnym czasie tworzą one zbitą strukturę, widoczną podczas badania techniką rezonansu magnetycznego. Jeżeli do związania poszukiwanej substancji nie dojdzie, nanocząsteczki pozostają rozproszone i niewidoczne. Pierwsze testy urządzenia, przeprowadzone na myszach, pozwoliły na monitorowanie poziomu gonadotropiny kosmówkowej przez okrągły miesiąc. Wciąż jest to jednak skromny pokaz możliwości - autorzy prototypu uważają, że jego dalsze modyfikacje mogą pozwolić także na ocenę takich parametrów, jak pH, wysycenie tkanki tlenem czy innych markerów pozwalających na ocenę stanu metabolicznego nowotworu. Autorzy implantu nie kryją entuzjazmu. Jak ocenia prof. Cima, jest to jedno z tych narzędzi, których będziemy potrzebowali, by nowotwór stał się możliwym do rozwiązania problemem, a nie wyrokiem śmierci. Trzymamy kciuki, żeby tak się właśnie stało.
-
Monitorowanie nadciśnienia i skuteczności jego leczenia jest obecnie bardzo uciążliwe dla pacjenta. Wymaga noszenia przy sobie urządzenia utrwalającego zapis oraz naramiennego rękawa, który napompowuje się również w nocy. Metodę tę może zastąpić coś bardzo małego i wygodnego: implant umieszczany na stałe w tętnicy udowej. Poprzez pachwinę lekarze wprowadzają czujnik ciśnienia bezpośrednio do tętnicy udowej – wyjaśnia dr Hoc Khiem Trieu z Wydziału Mikroelektroniki i Systemów Instytutu Fraunhofera w Duisburgu. Sensor, którego średnica (wraz z obudową) nie przekracza 1 mm, mierzy ciśnienie chorego 30 razy na sekundę. Za pomocą giętkich kabli łączy się on z wszczepionym pod skórę pachwiny przekaźnikiem. Urządzenie odkodowuje nadchodzące dane i przesyła je do zewnętrznego wyświetlacza, noszonego np. jak telefon komórkowy przy pasku, a następnie do lekarskiej stacji monitorującej. Ponieważ wykorzystano technologię CMOS, cały system jest wyjątkowo energooszczędny, a mikroimplanty zasila się bezprzewodowo. Poza podopiecznymi dr. Trieu, w realizacji projektu uczestniczyli badacze z firmy Dr. Osypka GmbH. Aparaturę można wykorzystać również przy kontroli innych parametrów funkcjonowania organizmu, w tym u pacjentów z niewydolnością serca.
-
Naukowcy z Instytutu Ucha Bionicznego w Melbourne badali aktywność mózgu u głuchych od urodzenia kotów, które już we wczesnym dzieciństwie wyposażono w implanty ślimaka. Niewykluczone, że dzięki ich odkryciom dzieci z podobną niepełnosprawnością będą w przyszłości mówić tak samo dobrze jak maluchy słyszące (The Journal of Comparative Neurology). Zwykle drgania fal dźwiękowych pobudzają w uchu wewnętrznym tzw. komórki rzęsate, zwane też komórkami słuchowymi bądź włoskowatymi. Drgania mechaniczne są zatem przekształcane w impulsy nerwowe. U głuchych zwierząt dość często komórki zmysłowe są nieprawidłowo zbudowane, dlatego implanty muszą stymulować neurony bezpośrednio. Australijczykom zależało na sprawdzeniu, jak mózg reaguje na pobudzanie w ten właśnie sposób. Utrwalali aktywność elektryczną kory siedemnastu 8-miesięcznych kotów. Zwierzęta nie słyszały od urodzenia. Dziesięć otrzymało implant ślimaka stosunkowo niedawno, a 7 wszczepiono go w wieku 8 tygodni. Okazało się, że w pierwszej grupie włączenie urządzenia skutkowało chaotyczną aktywnością kory. Dźwięk nie był postrzegany spójnie, co w przypadku ludzi uniemożliwiałoby opanowanie mowy. W drugiej grupie aktywność kory przypominała zaś wzorce występujące u słyszących zwierząt.
-
Innowacyjna powłoka pokrywająca powierzchnię implantów może zrewolucjonizować transplantologię - twierdzą autorzy nowej technologii wytwarzania tych "inteligentnych" tworzyw. Metodę opracowali specjaliści z brytyjskiej Rady Nauki i Zakładów Naukowych (STFC). Wytworzony przez nich materiał pozwala na silne i precyzyjne przyłączanie implantów do żywej tkanki kostnej, zmniejszając tym samym ryzyko ich poluzowania lub zaburzenia ich właściwości mechanicznych. Dotychczasowe analizy wskazują, że trwałość tej powłoki zapewnia dożywotnie funkcjonowanie wszczepianego materiału. Wynalazek był możliwy dzięki rozwojowi tzw. electrospinningu - procesu, którego nazwę można przetłumaczyć na nasz język jako "elektrowirowanie". Polega on na wykorzystaniu prądu elektrycznego do tłoczenia półpłynnych substancji i wytwarzania z nich bardzo cienkich nici. Końcowy efekt uzyskuje się dzięki wykorzystaniu specjalnie zaprojektowanych, superwąskich dysz. Uzyskane włókna są następnie splatane podobnie do klasycznych tkanin, lecz ich wytrzymałość jest bez porównania większa. Największym sukcesem specjalistów z STFC było znaczne zwiększenie skali produkcji opisywanego nanomateriału. Technologia pozwala na wytwarzanie go w ilościach pozwalających na pokrywanie miejsca styku implantów ortopedycznych z naturalną kością. Powstający w ten sposób "żywy łącznik" pozwala na uzyskanie lepszego rozkładu naprężeń, zaś wzbogacenie włókien substancjami biologicznie czynnymi pozwala na stymulację wzrostu naturalnej tkanki. Sprawia to, że połączenie staje się po pewnym czasie jeszcze silniejsze. Brytyjscy eksperci utworzyli spółkę The Electrospinning Company Ltd (TECL), której zadaniem jest dalsze udoskonalanie electrospinningu. Co ważne, wszelkie opracowane technologie mają być "otwarte" i dostępne dla wszystkich firm i instytucji chętnych do ich wykorzystania. Bez wątpienia pozwoli to na upowszechnienie tej techniki i wprowadzenie jej do masowego użytku w przemyśle. Bardzo możliwe, że uda się w ten sposób stworzyć także technologie "wirowania" różnych materiałów istotnych dla innych gałęzi przemysłu. Za swój wysiłek badacze z STFC i TECL otrzymali niedawno nagrodę "Medical Futures Innovation Award", przyznawaną dla autorów najbardziej innowacyjnych i obiecujących technologii medycznych. Dr Robert Stevens, szef obu organizacji, nie ukrywa swojej radości: ta nagroda jest istotnym krokiem naprzód z myślą o przyszłości pacjentów wymagających implantów chirurgicznych, a ja jestem prawdziwie przejęty tym, że właśnie ta idea została wybrana za najlepszą spośród kilkuset zgłoszonych propozycji. Nasza nagroda będzie przekazana na dalsze badania pozwalające na spełnienie obecnych i przyszłych potrzeb pacjentów ortopedycznych.
-
Światło podczerwone stymuluje neurony zlokalizowane w uchu wewnętrznym równie skutecznie, co dźwięk - twierdzą badacze z chicagowskiego Nortwestern University. Odkrycie może oznaczać otwarcie drogi ku nowym, ulepszonym implantom wspomagającym słyszenie. Powierzchnia ucha wewnętrznego jest u zdrowego człowieka pokryta warstwą włosków. Drgają one pod wpływem wpadającego powietrza, a ich ruch jest wykrywany przez neurony, które konwertują te sygnały na impulsy elektryczne wysyłane następnie do mózgu. Zaburzenie funkcjonowania tych delikatnych struktur, np. w wyniku wad wrodzonych lub uszkodzenia, może prowadzić do głuchoty. Aby przywrócić zdolność do słyszenia, niezbędny jest odpowiedni implant. Stosowane obecnie protezy działają w oparciu o miniaturowe elektrody. Niestety, jest ich zbyt mało, by zapewnić dobrą jakość słyszenia - dwadzieścia elektrod w porównaniu z 3000 naturalnych komórek to zdecydowanie zbyt mało, by pozwolić na cokolwiek więcej, niż słyszenie rozmów. Zainstalowanie większej liczby przewodów jest z kolei niemożliwe ze względu na wzajemne zagłuszanie się wysyłanych przez nie sygnałów. Rozwiązaniem problemu może być zastosowanie lasera emitującego światło podczerwone. Pada ono na bardzo małą powierzchnię, a jego odbicia są na tyle słabe, że nie dochodzi do przypadkowej stymulacji sąsiednich komórek. Jak pokazują eksperymenty przeprowadzone przez badaczy z Northwestern University, pomysł taki ma dużą szansę na rozwiązanie problemów związanych ze stosowaniem współczesnych implantów. Autorzy badania, prowadzeni przez Clausa-Petera Richtera, oświetlali laserem wnętrze ucha martwych świnek morskich. Równolegle prowadzono pomiar aktywności elektrycznej wzgórków dolnych, elementów reagujących na wytwarzane w uchu wewnętrznym impulsy. Przeprowadzony eksperyment pokazał, że zastosowanie podczerwieni pozwoliło na uzyskanie świetnej jakości sygnału w obrębie wzgórków dolnych. Oznacza to, że gdyby zwierzęta żyły, najprawdopodobniej usłyszałyby bardzo czysty dźwięk. Obecnie nie wiadomo, w jaki sposób laser aktywuje neurony, gdyż nie zawierają one białek bezpośrednio reagujących na światło. Autorzy badania spekulują, że sygnały powstają w reakcji na ciepło, którego "nośnikiem" jest promieniowanie podczerwone. Jeżeli jest to prawda, będzie to bez wątpienia istotne odkrycie, lecz stanie się ono jednocześnie dużym wyzwaniem. Konieczne będzie bowiem zbadanie, jak neurony znoszą długotrwałe ogrzewanie. Bez tego wyprodukowanie implantów gotowych do zastosowania u ludzi będzie niemożliwe.
-
Trzydziestoośmioletnia Niemka, która wyszła za Brytyjczyka, urodziła w Londynie w nocy z 11 na 12 listopada córkę. Nie byłoby w tym niczego dziwnego, gdyby nie fakt, że w przeszłości przeszła przeszczep jajnika od swojej siostry bliźniaczki. Operację przeprowadził amerykański lekarz dr Herman Silber. W rozmowie telefonicznej położnik z londyńskiego szpitala poinformował go, że dziecko urodziło się zdrowe, ważąc 3,5 kg. Jako specjalista ds. niepłodności Silber wyjaśnia, że kobieta może zamrozić swój jajnik w wieku dwudziestu kilku lat, a potem, po przekroczeniu trzydziestki czy nawet czterdziestki, przejść operację wszczepienia go. Amerykanin nie wyklucza, oczywiście, opcji szukania dawczyni jajeczka, ale młody jajnik da się zaimplantować w każdym czasie, co znacznie wydłuża okres płodny w życiu kobiety i opóźnia menopauzę. Można z tym czekać nawet do 47. roku życia. Ważne, by czas przechowywania narządu nie przekroczył 20 lat. Z odwlekaniem macierzyństwa z powodów medycznych lub społecznych nie wolno zatem zwlekać zbyt długo. Silber sprawdził podczas USG, że maluch rozwija się prawidłowo, ale zobaczenie żywego człowieka z krwi i kości to jednak co innego. Matka dziewczynki dowiedziała się, że jest niepłodna, gdy w wieku zaledwie 15 lat jej jajniki przestały działać. Skorzystanie z własnego "młodego" jajnika i jajeczek oszczędza trudów zapłodnienia in vitro i pozwala parze prowadzić normalne życie erotyczne.