Inteligentný obväz monitoruje a lieči chronické rany v reálnom čase

V oblasti medicíny sa objavuje prelomová inovácia, ktorá sľubuje revolúciu v starostlivosti o chronické rany. Inžinieri z Caltechu vyvinuli nový „inteligentný obväz“ s názvom iCares, navrhnutý na monitorovanie a liečbu týchto rán v reálnom čase. Chronické rany sú definované ako rezy, popáleniny, odreniny alebo chirurgické rany, ktoré sa nehoja v normálnom časovom rámci. Môžu viesť k závažným komplikáciám, ako sú infekcie, dlhodobé poškodenie tkanív a značný emocionálny stres, najmä u jedincov s cukrovkou alebo zlým krvným obehom.

Systém iCares je navrhnutý tak, aby prekonal súčasné výzvy, ktoré zahŕňajú vysoké náklady a časovú náročnosť tradičných metód liečby rán. Fungovanie obväzu iCares je založené na princípe „laboratória na koži“, ktoré neustále kontroluje stav rany a bezdrôtovo odosiela aktualizácie na smartfón alebo počítač, čím poskytuje nepretržitý dohľad. Tento systém meria kľúčové biologické ukazovatele priamo v mieste rany, ako sú teplota (v stupňoch Celzia), pH a hladina kyslíka.

Okrem toho deteguje špecifické molekuly, napríklad oxid dusnatý (NO) a peroxid vodíka (H₂O₂), ktoré sú dôležitými chemickými indikátormi zápalu alebo infekcie. Tieto včasné chemické signály môžu upozorniť lekárov alebo ošetrovateľov na potenciálne problémy jeden až tri dni predtým, ako sa objavia viditeľné príznaky. Táto schopnosť predvídať problémy pred ich vizuálnym prejavom predstavuje zásadný posun od reaktívnej liečby k proaktívnej intervencii, čo umožňuje včasnejšie zásahy a potenciálne lepšie výsledky pre pacientov.  

Zdroj Foto: Caltech

Kľúčovou inováciou obväzu je jeho mikrofluidický systém. Obsahuje miniatúrne, precízne navrhnuté kanáliky, ktoré zbierajú čerstvú tekutinu z rany (exsudát) a zabraňujú kontaminácii staršími vzorkami, čo je významná výhoda oproti tradičným metódam. Tento systém využíva špeciálnu membránu na absorpciu tekutiny, tenké klinovité kanáliky na rýchly pohyb tekutiny bez potreby čerpadiel a drobné 3D-tlačené stĺpiky, ktoré zabezpečujú jednosmerný tok tekutiny, čím udržiavajú čistotu a jasnosť pre presnú analýzu.

Jadrom obväzu sú ultratenké, nanoinžinierske senzory, ktoré detegujú jemné chemické zmeny v tekutine z rany. Sofistikovaný program strojového učenia následne analyzuje tieto komplexné senzorové dáta, aby presne klasifikoval závažnosť rany a predpovedal čas hojenia, pričom dosahuje presnosť porovnateľnú s presnosťou skúsených klinických pracovníkov. Účinnosť systému iCares spočíva v sofistikovanej integrácii týchto troch odlišných technologických pilierov – mikrofluidiky, nanoinžinierskych senzorov a strojového učenia. 

Každá z týchto technológií rieši kritickú výzvu pri monitorovaní rán, a ich kombinácia vytvára silné, holistické riešenie, ktoré presahuje možnosti jednotlivých komponentov. Počiatočné testy na diabetických myšiach s infikovanými kožnými ranami ukázali, že obväz úspešne sledoval zápal a infekciu aj počas liečby antibiotikami, čo potvrdilo presnosť senzorov a nepretržitú prevádzku po dobu niekoľkých dní. Následné skúšky na ľuďoch zahŕňali aplikáciu systému iCares na 20 pacientov s chronickými ranami, ktoré sa nehojili v dôsledku základných problémov, ako je zlý krvný obeh alebo cukrovka. 

Okrem toho bol obväz použitý u dvoch pacientov pred a po operácii na monitorovanie priebehu hojenia. Vo všetkých prípadoch systém efektívne zbieral čerstvú tekutinu z rany, meral kľúčové biomarkery a bezdrôtovo prenášal dáta. Najpresvedčivejším zistením bolo, že systém detegoval významné zmeny, ako je nárast oxidu dusnatého a peroxidu vodíka, jeden až tri dni predtým, ako lekári mohli vizuálne spozorovať akékoľvek známky infekcie alebo zápalu. Táto schopnosť včasného varovania predstavuje obrovský pokrok v manažmente rán.  

Dizajn obväzu je praktický a zameraný na pacienta. Využíva flexibilné materiály šetrné k pokožke, ktoré možno vyrábať s nízkymi nákladmi pomocou 3D tlače. Každé senzorové pole je jednorazové, čo zabezpečuje hygienu, zatiaľ čo drahšia elektronická doska je opakovane použiteľná, čo prispieva k cenovej dostupnosti a udržateľnosti. Tento strategický prístup k dizajnu, ktorý sa zameriava na cenovú dostupnosť a praktickosť, naznačuje zámer urobiť pokročilú starostlivosť o rany široko dostupnou a ekonomicky udržateľnou, najmä pre stavy s vysokou záťažou, ako je cukrovka.

Zdroj Foto: Caltech

Cieľom konceptu „laboratória na koži“ je poskytnúť lekárom nepretržité monitorovanie rán bez potreby drahých laboratórnych testov alebo odhadov a zároveň umožniť pacientom zostať aktívnymi bez častých výmen obväzov alebo návštev kliniky. Budúce verzie iCares môžu integrovať funkcie ako aplikáciu liekov alebo miernych elektrických prúdov priamo na rany na urýchlenie hojenia, čo by spojilo diagnostické a liečebné možnosti v jednom zariadení.

Nepretržité monitorovanie chronických rán je kľúčové, pretože sú notoricky ťažko liečiteľné v dôsledku komplexných faktorov, ako sú nízke hladiny kyslíka, pomalý rast buniek alebo slabý prietok krvi. Pochopenie presných základných problémov a ich zmien v priebehu času je pre efektívnu liečbu prvoradé. Systém iCares predstavuje zásadný posun smerom k skutočne personalizovanej starostlivosti o rany, kombinujúci inteligentné senzory, bezdrôtový prenos dát a strojové učenie.

Tento prístup založený na dátach umožňuje ošetrovateľom prijímať lepšie a včasnejšie rozhodnutia, napríklad skôr podávať antibiotiká alebo rýchlejšie upravovať liečebné plány, čím sa v konečnom dôsledku pomáha predchádzať závažným infekciám a zlepšovať výsledky pre pacientov. Výsledky výskumu boli publikované v prestížnom časopise Science Translational Medicine, čo podčiarkuje ich vedeckú validitu.  

Zdroj: thebrighterside.news.

^{Zdroj Foto: Caltech}