Naukowcy opracowali pierwszy w swoim rodzaju implant, który łagodzi ból bez leków

Naukowcy z Northwestern University opracowali urządzenie, które brzmi prosto z science fiction: małe, miękkie, elastyczne pierwszy w swoim rodzaju implant który łagodzi ból na żądanie, bez użycia leków i rozpuszcza się.

Biokompatybilne, rozpuszczalne w wodzie urządzenie może stanowić bardzo potrzebną alternatywę dla opioidów i innych silnie uzależniających leków. Zdaniem naukowców urządzenie może być bardzo cenne dla pacjentów poddawanych rutynowym zabiegom chirurgicznym lub amputacji, które najczęściej wymagają leków pooperacyjnych. Chirurdzy mogliby wszczepić urządzenie podczas zabiegu, aby „załagodzić” ból pooperacyjny pacjenta.

Badanie opublikowane w numerze czasopisma z 1 lipca Nauki ścisłe, opisuje konstrukcję urządzenia i demonstruje jego skuteczność na modelu zwierzęcym.

Urządzenia wykorzystują prosty mechanizm

„Chociaż opioidy są niezwykle skuteczne, są również niezwykle uzależniające” – powiedział Northwestern’s John A. Rogersktóry kierował rozwojem urządzenia, w komunikacie prasowym. „Jako inżynierowie kierujemy się ideą leczenia bólu bez leków — w sposób, który można włączać i wyłączać natychmiast, z kontrolą użytkownika nad intensywnością ulgi. Opisana tutaj technologia wykorzystuje mechanizm, który powoduje, że palce odczuwać liczby, gdy jest zimno. Nasz implant pokazuje w badaniach na modelach zwierzęcych, że efekt ten można wywołać w sposób programowalny, bezpośrednio i lokalnie na nerwy docelowe, nawet te znajdujące się głęboko w otaczających tkankach miękkich.

Jak to działa?

Implant wykorzystuje prostą koncepcję – parowanie. Zawiera płyn chłodzący, który jest pobudzany do odparowania w określonym miejscu nerwu czuciowego.

Aby opracować, urządzenie działa delikatnie owijając nerwy, zapewniając precyzyjne i ukierunkowane chłodzenie. To z kolei znieczula nerwy i blokuje sygnały bólu do mózgu. Zewnętrzna pompa pomaga użytkownikowi zdalnie aktywować urządzenie i kontrolować jego intensywność. Gdy urządzenie nie jest już potrzebne, jest w naturalny sposób wchłaniane przez organizm — „z pominięciem potrzeby ekstrakcji chirurgicznej”.

Na grubość kartki papierumiękkie, elastyczne urządzenie do chłodzenia nerwów jest idealne do leczenia bardzo wrażliwych nerwów.

Współautor badania dr. Mateusz MacEwan Wydziału Medycznego Uniwersytetu Waszyngtońskiego w St. Louis powiedział, że gdy nerwy stają się chłodniejsze, sygnały, które przez nie przechodzą, stają się wolniejsze – w końcu całkowicie się zatrzymują.

„Skupiamy się w szczególności na nerwach obwodowych, które łączą mózg i rdzeń kręgowy z resztą ciała. Są to nerwy, które przekazują bodźce czuciowe, w tym ból. Zapewniając efekt chłodzenia tylko jednemu lub dwóm nerwom docelowym, możemy skutecznie modulują sygnały bólu w jednym konkretnym obszarze ciała” – powiedział.

Ilustracja wszczepialnego urządzenia wewnątrz ramienia. Czerwony owal wskazuje na ból. Źródło: Uniwersytet Północno-Zachodni

Zawiera zintegrowany czujnik do monitorowania temperatury nerwu

Urządzenie zawiera maleńkie mikrokanaliki, które wywołują efekt chłodzenia. Podczas gdy jeden kanał zawiera płynny płyn chłodzący perfluoropentan (który jest już zatwierdzony klinicznie), drugi kanał zawiera suchy azot. Gdy ciecz i gaz wpływają do wspólnej komory, zachodzi reakcja powodująca natychmiastowe odparowanie cieczy. Jednocześnie niewielki zintegrowany czujnik monitoruje temperaturę nerwu, aby upewnić się, że nie jest zbyt zimny, co mogłoby uszkodzić tkankę.

„Dzięki monitorowaniu temperatury w nerwie natężenie przepływu można regulować automatycznie, aby ustawić punkt, który blokuje ból w odwracalny, bezpieczny sposób. Bieżąca praca ma na celu zdefiniowanie pełnego zestawu progów czasu i temperatury, poniżej których proces pozostaje w pełni odwracalny” – powiedział Rogers.

Dawne terapie chłodzące i blokery nerwów mają ograniczenia, które nowe urządzenie przezwycięża. Krioterapiana przykład zbliżają się do dużych obszarów tkanki, co może prowadzić do niepożądanych efektów. Tutaj maleńkie urządzenie Northwestern ma zaledwie pięć milimetrów szerokości i precyzyjnie celuje tylko w dotknięte nerwy. Oszczędza to otaczające obszary przed niepotrzebnym chłodzeniem.

„Nie chcesz przypadkowo ochłodzić innych nerwów lub tkanek niezwiązanych z nerwem przenoszącym bolesne bodźce” – powiedział MacEwan. „Chcemy zablokować sygnały bólowe, a nie nerwy, które kontrolują funkcje motoryczne i umożliwiają na przykład używanie ręki”.

Ostatni akt zniknięcia

Urządzenie to nie jest pierwszą próbą Rogersa bioresorbowalnego urządzenia elektronicznego.

Laboratorium Rogers wprowadziło koncepcję elektroniki przejściowej w 2012 roku, a w 2018 roku Rogers, MacEwan i współpracownicy zademonstrowali pierwsze na świecie bioresorbowalne urządzenie elektroniczne — biodegradowalny implant przyspieszający regenerację nerwów. Następnie, w 2021 roku, Rogers i współpracownicy wprowadzili rozrusznik przejściowy.

Wszystkie elementy urządzeń w naturalny sposób wchłaniają się w biopłyny organizmu w ciągu dni lub tygodni, bez konieczności chirurgicznej ekstrakcji.

„Jeśli myślisz o miękkich tkankach, delikatnych nerwach i ciele, które jest w ciągłym ruchu, każde urządzenie łączące musi mieć zdolność do łatwego i naturalnego zginania, zginania, skręcania i rozciągania” – powiedział Rogers. „Ponadto chciałbyś, aby urządzenie po prostu zniknęło, gdy nie jest już potrzebne, aby uniknąć delikatnych i ryzykownych zabiegów chirurgicznego usuwania”.

.

Leave a Comment