Първото в света устройство за наблюдение на здравето на трансплантираните органи в реално време

Малък сензор, който прави дори върха на пръста да изглежда голям, има потенциала да промени играта за откриване на признаци на отхвърляне при бъбречни трансплантации. Учени от Северозападния университет успешно създадоха устройство, тествано върху мишки, което може да открие предупредителни признаци на отхвърляне на бъбреците до три седмици преди настоящите методи за наблюдение.

Въпреки че тялото може да отхвърли орган дори години след трансплантация, купуването на пациента и клиницистите възможно най-много време за намеса може да бъде разликата между възстановяването на хомеостазата и започването на дългия и труден процес на трансплантация отново – ако това изобщо е опция. И въпреки че надпреварата за намиране на по-добър източник на донорски бъбреци продължава, това е бавен процес. В САЩ, текущ списък с чакащи за нов бъбрек е от три до пет години.

Така че, естествено, възможността да се наблюдава постоянно здравето на един ценен нов бъбрек би променила живота на пациентите.

Това ново устройство за наблюдение, което е само 0,3 cm x 0,7 cm и дебелина 220 микрона, е проектирано да седи върху бъбрека, под неговия фиброзен слой на бъбречната капсула, който обгражда и защитава органа. Мекият имплант открива температурни промени, свързани с възпаление и други реакции, често срещани при ранно отхвърляне. Ако бъде открита промяна, предупреждението се изпраща безжично до близкия смартфон или таблет.

Тъй като отхвърлянето често започва безшумно, това устройство може да помогне да предупреди пациента за важни промени при липса на издайнически симптоми. И в резултат на това може да предложи жизненоважно спокойствие за тези, чийто живот зависи от успеха на трансплантацията.

„Забелязах, че много от моите пациенти се чувстват постоянно безпокойство – без да знаят дали тялото им отхвърля техния трансплантиран орган или не“, каза клиничният ръководител на изследването д-р Лоренцо Галон, нефролог по трансплантация на Northwestern Medicine. „Може да са чакали години за трансплантация и най-накрая да са получили такава от любим човек или починал донор. След това прекарват остатъка от живота си, тревожейки се за здравето на този орган. Нашето ново устройство може да предложи известна защита, а непрекъснатото наблюдение може да осигури увереност.

Има повече от 250 000 души в САЩ, живеещи с бъбрек, с който не са родени, а самата трансплантация е само една важна, но малка част от пътуването. Понастоящем здравето на органа се следи чрез кръвни тестове, проследяващи нивата на креатинина и урейния азот в кръвта, но те могат да варират по несвързани причини и да доведат до фалшиви отрицателни и положителни резултати. Тестовете за биопсия, които включват въвеждането на дълга игла за извличане на тъкан от органа, са инвазивни и имат повишен риск от кървене, инфекция, болка и увреждане на близките тъкани.

„Времето за изпълнение може да бъде доста дълго и те са ограничени в честотите на наблюдение и изискват анализ извън обекта“, каза Галън. „Може да отнеме четири или пет дни, за да получите обратно резултатите. И тези четири или пет дни могат да бъдат решаващи за вземане на навременно решение за грижата за пациента.

Търсейки алтернатива, северозападните изследователи се насочиха към температурата като ключов биомаркер за първоначално отхвърляне на трансплантант. Повишаването на температурата обикновено придружава възпаление, което учените видяха в животинския модел. Температурните скокове от цели 0,6 °C (1,08 °F) бяха точни червени знамена, предупреждаващи за предстоящо отхвърляне на органи.

„Температурата на органа варира в рамките на дневния цикъл при нормални обстоятелства“, каза първият автор Сурабхи Мадхвапати, студент от Северозападния университет. „Наблюдавахме необичайни температурни вариации с по-висока честота, възникващи за периоди от осем и 12 часа в случаи на отхвърляне на трансплантант.“

Устройството има високочувствителен термометър, който може да открие малки температурни промени, които са локални за бъбрека. Може също така да измерва кръвния поток (но температурата се оказа по-ефективна като система за ранно предупреждение).

Мекият сензор е свързан към малък комплект електроника, който се намира до органа; клетъчна батерия с монета захранва устройството, а възможностите на Bluetooth прехвърлят данни към близки външни смарт устройства.

„Всички електронни компоненти са обвити в мека, биосъвместима пластмаса, която е нежна и гъвкава спрямо деликатните тъкани на бъбреците“, каза Madhvapathy. „Хирургическото вмъкване на цялата система, която е по-малка от една четвърт, е бърза и лесна процедура.“

Позиционирането му върху органа под бъбречната капсула му позволява да остане на място независимо от физическата активност.

„Капсулата поддържа устройството в добър топлинен контакт с подлежащия бъбрек“, каза Роджърс. „Телата се движат, така че трябва да се справите с много движения. Дори самият бъбрек се движи. И това е мека тъкан без добри опорни точки за конци. Това бяха плашещи инженерни предизвикателства, но това устройство е нежен, безпроблемен интерфейс, който избягва риска от увреждане на органа.

Въпреки че тази първа по рода си технология все още се нуждае от по-мащабни проучвания и изпитания върху хора, учените вече работят върху подобряването на дизайна, за да позволят презареждане на батерията с монети, така че устройството да може да издържи цял живот. Изследователите също вярват, че има потенциала да бъде адаптиран за наблюдение на други трансплантирани органи.

Един от учените, участващи в проекта, д-р Хоакин Бриева, получи бъбречна трансплантация през септември 2022 г. и е наясно какво би направило такова устройство за наблюдение в реално време върху качеството на живот на пациентите.

„В рамките на два дни след трансплантацията бъбречната ми функция се нормализира“, каза Бриева, която не е участвала в проучването. „Но тогава се тревожите за възможността от отхвърляне на бъбрека. Ето защо имате тези мощни лекарства против отхвърляне и стероиди. Вървите по въжето от безпокойство за инфекции, усложнения от лекарствата, различни странични ефекти и отхвърляне на бъбрека. Можете да управлявате част от това безпокойство с корекции на лекарствата, но отхвърлянето на бъбреците остава преобладаващо. Вашият трансплантиран бъбрек е изключително ценен.

„Наличието на това устройство би било успокояващо“, каза той. „Той може да улови всякакви внезапни промени в бъбречната трансплантация и да открие остро отхвърляне, което в момента не дава предупредителни знаци.“

Изследването е публикувано в сп Наука. Вижте видеоклипа по-долу, за да видите как точно е проектирано да работи това устройство.

източник: Северозападен университет