Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Delecja genu jedną z przyczyn glejaka
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Medycyna
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Josef Käs z Uniwersytetu w Lipsku i Ingolf Sack z Charité-Universitätsmedizin Berlin wykazali, że rozprzestrzenianie się komórek nowotworu mózgu zależy zarówno od ich właściwości fizycznych, jak i biomechanicznych. Zdaniem naukowców, niewielka zmiana w elastyczności komórek glejaka – najbardziej niebezpiecznego z nowotworów mózgu – znacząco zmienia jego zdolność do przerzutowania.
Sack jest chemikiem, a Käs fizykiem. Obaj specjalizują się w badaniu nowotworów, ale z różnej perspektywy. Sack bada mechaniczne właściwości tkanek, opracował technikę elastografii rezonansu magnetycznego, będącej połączeniem drgań o niskiej częstotliwości i rezonansu magnetycznego. Jest ona wykorzystywana do śledzenia postępów chorób. Z kolei Käs to optycznej pułapki, w której za pomocą laserów można deformować miniaturowe miękkie obiekty, jak komórki, badając ich elastyczność i zdolność do odkształcania się.
Już przed dwoma laty obaj naukowcy zauważyli, że komórki glejaka są bardziej miękkie i mniej lepkie niż komórki nowotworowe guzów niezłośliwych. Jako, że glejaka trudno jest usunąć, gdyż wysuwa on niewielkie „macki” do otaczającej go tkanki, naukowcy zdali sobie sprawę, że rozprzestrzenianie się tego nowotworu może być napędzane wyłącznie prawami fizyki. Pojawianie się tego typu „macek” to bowiem dobrze znane zjawisko z fizyki płynów, gdy płyn o niskiej lepkości zostanie wprowadzony do innego płynu.
Naukowcom udało się zrekrutować do badań ośmiu pacjentów, czterech z łagodnym guzem mózgu i czterech z guzami złośliwymi, w tym trzech z glejakiem. Wyniki badań zaskoczyły samych badaczy. Niezwykłą rzeczą był fakt, że właściwości mechaniczne pojedynczej komórki były odzwierciedlane we właściwościach mechanicznych całej tkanki, mówi Käs. Uzyskane dane wskazują jednak, na bardziej złożony obraz niż po prostu lepkie komórki tworzące lepki guz.
Zgodnie z wcześniejszymi badaniami guzy złośliwe były bardziej miękkie i mniej lepkie niż guzy łagodne. Jednak, i to właśnie było zaskakujące, tworzące je komórki nie były mniej lepkie. Okazało się, że najważniejsza jest zdolność komórek do rozciągania i ich elastyczność. To ona była skorelowana ze zdolnością tkanki do „płynięcia”. Komórki guza, żeby się rozprzestrzeniać, musiały być zdolne do przeciskania się pomiędzy innymi komórkami. Zdaniem naukowców, to właśnie ta elastyczność, a nie lepkość, jest najważniejszym czynnikiem decydującym o zdolności tkanki do rozprzestrzeniania się.
Komórki nowotworowe nie muszą dokonywać specjalnych zmian genetycznych, by rozpocząć proces „wysuwania macek”. Wystarczy, że mają odpowiednie właściwości mechaniczne. To wystarcza do bardzo inwazyjnego rozrostu tkanki, stwierdza Käs.
Dokonane przez niemieckich uczonych odkrycie to jednocześnie z terapeutycznego punktu widzenia zła i dobra wiadomość. Zła, gdyż właściwości mechaniczne trudniej zaburzyć niż procesy molekularne. Dobrą zaś jest sam fakt, że poznaliśmy ten mechanizm. Jeśli zmiany fizyczne mogą spowodować, że guz staje się bardziej złośliwy, to mogą też doprowadzić do tego, że stanie się bardziej łagodny. Zrozumienie tego procesu może w przyszłości przyczynić się do rozwoju nowych terapii.
Więcej na ten temat przeczytamy w piśmie Soft Matter.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Grupa naukowców z Houston Methodist Neurological Institute (HMNI) opracowała innowacyjne noszone na głowie urządzenie, które wykorzystuje zmienne pole magnetyczne do zmniejszenia guza mózgu. Urządzenie onkomagnetyczne może stać się skutecznym nieinwazyjnym narzędziem do domowego leczenia glejaka, najbardziej rozpowszechnionego guza mózgu.
Naukowcy najpierw zauważyli, że ich urządzenie szybko zabija komórki glejaka w hodowlach komórkowych oraz zmniejsza rozmiary ludzkiego guza wszczepionego do mózgu myszy. Wykorzystali je również do zmniejszenia guza u pacjenta, który cierpiał na ostatnie stadium glejaka i dla którego nie było żadnych zatwierdzonych metod leczenia.
W ciągu ostatnich 40 lat dokonano jedynie minimalnego postępu w leczeniu glejaka. Średnią długość życia pacjentów ze zdiagnozowanym guzem udało się wydłużyć z 9 miesięcy do 15–20 miesięcy obecnie, a stosowane metody – głownie radio- i chemioterapia – mają bardzo zły wpływ na zdrowie i komfort życia pacjentów. Stąd też poszukiwanie bardziej skutecznych i mniej obciążających organizm metod leczenia.
Urządzenie opracowane przez Houston Methodist Research Instiute składa się z trzech silnych stałych magnesów neodymowych, które są szybko obracane przez silniki elektryczne. Tempem, częstotliwością i czasem obrotów steruje programowalny mikrokontroler. Całość umieszczona jest w specjalnych opakowaniach odpornych na wibracje i izolowanych od dźwięku i temperatury z zewnątrz. Pojemniki takie montowane są do hełmu, który nosi pacjent.
Niedawno na łamach Frontiers in Ocology twórcy urządzenia opisali przypadek pacjenta, na którym je przetestowali. Pacjentem tym był 53-letni mężczyzna, u którego w 2018 roku zdiagnozowano masywnego glejaka. Rozciągał się on od lewego płata czołowego i dotarł do prawego płata, rozprzestrzeniając się rozlegle na ciało modzelowate. Guz wywołał też silny obrzęk mózgu.
W czerwcu 2018 r. pacjent trafił na stół operacyjny. Badania histopatologiczne potwierdziły, że mężczyzna cierpi na najbardziej agresywny nowotwór mózgu – glejaka wielopostaciowego. Po zabiegu był leczony radio- i chemioterapią. Niecały rok później pojawiły się pierwsze niepokojące wyniki badań obrazowych, a od początku 2020 roku kolejne badania wykazywały, że – pomimo kontynuowanego leczenia – nowotwór powrócił.
Guz przylegał do układu komorowego, dowody wskazywały na zajęcie opon mózgowych (meningozę). Mediana przeżycia pacjentów z meningozą wynosi w takim przypadku 3,5–3,9 miesiąca. Jako, że nie istniały żadne inne opcje leczenia, pacjenta zapisano do zatwierdzonego przez FDA (Agencję ds. Żywności i Leków) Expanded Access Program. W jego ramach przeprowadzono eksperymentalne leczenie z użyciem urządzenia onkomagnetycznego.
Twórcy urządzenia obliczają, że trzy neodymowe magnesy generują pole magnetyczne o natężeniu co najmniej 1mT, które obejmuje cały mózg. Leczenie polega na wygenerowaniu zmiennego pola magnetycznego, którego właściwości są odpowiednio dobierane za pomocą programowalnego mikrokontrolera. Pacjent był początkowo leczony w HMNI. W pierwszym dniu nosił na głowie urządzenie onkomagnetyczne przez 2 godziny, z 5-minutową przerwą pomiędzy 1. a 2. godziną. W drugim dniu zaaplikowano mu dwie 2-godzinne sesje z 1-godzinną przerwą pomiędzy sesjami, a w dniu 3. były to 3 dwugodzinne sesje z 1-godzinną przerwą. W tym czasie nauczono żonę pacjenta obsługi urządzenia.
Po trzech dniach pacjenta wypisano do domu, a dalsze leczenie miało być aplikowane przez żonę. Skutki działania urządzenia sprawdzano każdego dnia przez wspomniane trzy dni. Następnie pacjent miał zgłosić się w 7., 16., 30. i 44. dniu od rozpoczęcia leczenia. Wykonywano wówczas obrazowanie guza techniką rezonansu magnetycznego. Takie samo obrazowanie wykonano zresztą w dniu rozpoczęcia leczenia.
Leczenie pacjenta przerwano w 36. dniu, gdyż odniósł ranę głowy. W międzyczasie, jako że pacjent uskarżał się na urządzenie, zdecydowano, że ma być ono używane przez 2 godziny dziennie od poniedziałku do piątku. W 16. dniu pacjent zaczął lepiej tolerować leczenie, więc czas wykorzystywania urządzenia zwiększono do 3 godzin dziennie. Były to 1-godzinne sesje z 5-minutową przerwą. W 36. dniu terapii pacjent przewrócił się i zranił w głowę, więc leczenie przerwano. Trzeba jednak dodać, że pacjent doświadczał upadków jeszcze przed rozpoczęciem leczenia.
W 44. dniu po rozpoczęciu leczenia pacjenta przyjęto do HMNI w celu dokładnej oceny jego stanu. W czasie leczenia nie zauważono żadnych poważnych skutków ubocznych, a osoby opiekujące się pacjentem informowały, że ich zdaniem poprawiła się mowa i funkcje poznawcze mężczyzny.
Badania MRI wykazały znaczne zmiany w objętości guza po rozpoczęciu leczenia. O ile przez ponad 3 miesiące przed jego rozpoczęciem guz znacząco się powiększył, to w ciągu 3 pierwszych dni leczenia trend ten został odwrócony. Skan MRI z 7. dnia leczenia wykazał gwałtowne zmniejszenie objętości guza o 10%. Później guz zmniejszał się wolniej, a w 30. dniu stosowania urządzenia był o 31% mniejszy niż przed jego rozpoczęciem. Do największego spadku objętości guza na obrazach MRI doszło po 3-dniowej przerwie, jaką zarządzono w 7. dni leczenia oraz po 8-dniowym okresie, jaki upłynął między przerwaniem leczenia w 36. dni terapii, a ewaluacją pacjenta w dniu 44. Te szybkie redukcje objętości guza mogły być związane ze zmniejszeniem obrzęku mózgu wywołanego leczeniem. Po przerwaniu leczenia doszło do ponownego odwrócenia trendu i zwiększenia objętości guza. Pacjent zmarł około 3 miesięcy po zaprzestaniu leczenia.
Badania laboratoryjne sugerują, że urządzenie onkomagnetyczne zabija komórki nowotworowe zwiększając ilość wolnych rodników tlenu w ich mitochondriach i cytoplazmie, oszczędzając przy tym zdrowe neurony, astrocyty i inne komórki. Prawdopodobnie zwiększona liczba wolnych rodników to, przynajmniej częściowo, skutek zakłócenia przez pole magnetyczne, przepływu elektronów w mitochondriach, mówi współautor badań, Santosh Helekar. Obecnie naukowcy pracują nad potwierdzeniem tej hipotezy.
Olbrzymią zaletą urządzenia jest fakt, że nie zauważono żadnych poważnych skutków ubocznych, nie wymaga ono stosowania leków czy nawet golenia głowy. Urządzenie ono dość proste i łatwe w użyciu, co może wpłynąć na koszty leczenia. Można je też stosować w domu.
Zespół naukowy zaczyna obecnie kolejne badania nad swoim urządzeniem, by dokładnie opisać ich biofizyczny, komórkowy i molekularny wpływ na komórki hodowane w laboratorium. Trwają też prace nad oceną bezpieczeństwa i efektywności stosowania tego rozwiązania na myszach.
W ramach Expanded Access Program prowadzone są też testy na kolejnych pacjentach, a zespół badawczy stara się o zgodę na rozpoczęcie standardowych testów klinicznych swojego urządzenia.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Kobiety i mężczyźni różnią się pod wieloma względami. Jak się właśnie okazało, różnice występują też w sygnaturach molekularnych glejaka. Odkrycie to pomoże wyjaśnić różnice w reakcji na leczenie i szansach na przeżycie.
Od dziesięcioleci wiadomo, że mężczyźni częściej chorują na wiele rodzajów nowotworów, w tym właśnie na glejaka. Odkrycie różnic występujących ze względu na płeć powinno przyczynić się do opracowania leków, które pomogą wszystkim pacjentom.
Spodziewamy się, że wyniki naszych badań będą miały natychmiastowy wpływ na sposób leczenia pacjentów z glejakiem i na przyszłe badania. Okazuje się bowiem, że powinniśmy różnie szacować ryzyko ze względu na płać i oceniać efektywność terapii biorąc pod uwagę płeć pacjenta. Różnice pomiędzy płciami i ich konsekwencje medyczne mają olbrzymie znaczenie, ale niemal zawsze są one ignorowane podczas dobierania spersonalizowanej terapii, mówi profesor Joshua B. Rubin z Washington University, współautor najnowszych badań.
Glejak to najczęściej występujący złośliwy nowotwór mózgu. W ciągu 14 miesięcy od postawienia diagnozy zabija on około połowy pacjentów. Występuje niemal dwukrotnie częściej u mężczyzn niż u kobiet.
Glejaka zwykle diagnozuje się u osób po 50. roku życia. Leczenie jest bardzo agresywne. Najpierw przeprowadzany jest zabieg chirurgiczny, następnie chemio- i radioterapia. Większość guzów powraca w ciągu 6 miesięcy.
Naukowcy, którzy przyglądali się obecnym metodom leczenia zauważyli, że lepiej działają one u kobiet niż u mężczyzn. Uczeni chcieli więc zrozumieć, jak płeć ma się do reakcji na leczenie. Przyglądali się więc, jak szybko rosną guzy nowotworowe. Możemy obserwować tempo wzrostu guza u leczonych pacjentów i na tej podstawie szacować, na ile terapia im pomaga, mówi onkolog Kristin R. Swanson, współzałożycielka i dyrektor Pediatric Neuro-Oncology Program w St. Louis Children's Hospital.
Naukowcy przyjrzeli się zarówno danym z rezonansu magnetycznego jak i danym dotyczącym przeżywalności pacjentów. Na tej podstawie obliczyli tempo wzrostu guza dla każdego dwumiesięcznego przedziału czasu u 63 badanych – 40 mężczyzn i 23 kobiet. Wszyscy oni byli poddani zabiegowi chirurgicznemu, a następnie standardowej chemio- i radioterapii.
Okazało się, że o ile na początku prędkość wzrostu guza była podobna u kobiet i u mężczyzn, to tylko u kobiet doszło do stałego i znaczącego spowolnienia wzrostu w czasie leczenia temozolomidem, standardowym chemioterapeutykiem stosowanym przy glejaku. Mężczyźni nie reagowali na leczenie tak dobrze i chcieliśmy sprawdzić, dlaczego tak się dzieje. Przyjrzeliśmy się więc genomowi guzów, mówi Rubin.
Naukowcy przeanalizowali The Cancer Genome Atlas. To działający od 2005 roku projekt amerykańskich Narodowych Instytutów Zdrowia, którego celem jest zebranie danych genetycznych na temat nowotworów. Uczeni zastosowali zaawansowane algorytmy statystyczne, na podstawie których byli w stanie wyodrębnić specyficzne dla kobiet i mężczyzn wzorce ekspresji genów. Następnie skupili się na tych wzorcach, by zidentyfikować podtypy molekularne odpowiedzialne za różnice w przeżywalności kobiet i mężczyzn.
Zauważyliśmy gigantyczne różnice genetyczne w glejakach pomiędzy płciami. Różnice te korelowały z przeżyciem. Wszystkie dostępne dowody wskazują na konieczność wzięcia pod uwagę tych różnić i zastosowania tej wiedzy w badaniach nad glejakiem i leczeniu tej choroby, mówi profesor Jingqin Luo z Washington University, który był odpowiedzialny za przeprwadzenie analizy.
Naukowcy wykazali, że glejaka może podzielić na 10 grup podtypów, po 5 dla każdej z płci. Każda z grup wyróżnia się właściwą sobie aktywnością genów oraz przeżyciem. Na przykład kobiety należące do jednej z tych grup przeżywały dłużej, niż kobiety należące do pozostałych czterech grup. Żyły średnio trzy lata od diagnozy, podczas gdy panie z innych grup przeżywały średnio ponad rok. Podobnie było u mężczyzn. Panowie z jednej z grup żyli średnio nieco ponad 18 miesięcy, a panowie z pozostałych grup – średnio nieco ponad rok.
Dodatkowe analizy wykazały, że nawet jeśli dochodzi do podobnego poziomu aktywizacji genów u kobiet i mężczyzn, to i tak widoczne są wyraźne różnice czasu przeżycia.
Dodatkowo zidentyfikowaliśmy szlak genetyczny powiązany z najdłuższym przeżyciem i zauważyliśmy, że istnieją tutaj duże różnice pomiędzy kobietami a mężczyznami. Na przykład przeżywalność mężczyzn była całkowicie zależna od podziału komórkowego, co sugeruje, że leki blokujące podział mogą bardziej efektywnie działać na mężczyzn. Z kolei u kobiet przeżycie całkowicie zależało od regulacji rozprzestrzeniania się komórek, to zaś sugeruje, że leki regulujące wysyłanie sygnałów przez integryny mogą lepiej działać na kobiety. To wszystko wskazuje, że w terapii glejaka należy różnie traktować kobiety i mężczyzn i skupiać się na sygnaturach specyficznych dla płci. Sprawdziliśmy tę hipotezę podczas badań leków in vitro. W ich trakcie zbadaliśmy, jak działają cztery najczęściej używane chemioterapeutyki i jak wpływają na ekspresję genów związanych z reakcją na te leki. Okazało się, że istnieje jasna korelacja reakcji ze względu na płeć, wyjaśnia Rubin.
Generalnie rzecz ujmując, na różnice pomiędzy płciami w przebiegu wielu chorób wpływ mają hormony. Na przykład to obecność estrogenu powoduje, że zdecydowanie więcej kobiet niż mężczyzn zapada na raka piersi. Jednak w przypadku glejaka hormony płciowe nie mają bezpośredniego znaczenia.
Mam nadzieję, że nasze badania przyczynią się do bardziej precyzyjnego podejścia do leczenia. Być może nie powinniśmy leczyć kobiet i mężczyzn wedle tych samych schematów. W kolejnym etapie badań powinniśmy opracować różne metody leczenie glejaka u kobiet i u mężczyzn, dodaje Rubin.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
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.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
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.
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.