Wyobraźmy sobie, że pływasz w oceanie. Gigantyczny rekin odgryza ogromny kawałek mięsa z Twojego uda, co powoduje całkowitą utratę funkcji motorycznych i czucia w nodze. Nieleczone tak poważne uszkodzenie mięśni może skutkować trwałą utratą funkcji i niepełnosprawnością. Jak, u licha, będziesz w stanie zregenerować się po tego rodzaju kontuzji?
Tradycyjne metody rehabilitacji tego rodzaju urazów mięśni od dawna poszukiwały skutecznego systemu rehabilitacji chodu w zamkniętej pętli, który łączy w sobie lekkie egzoszkielety i urządzenia do noszenia/wszczepiania. Taki wspomagający system protetyczny jest niezbędny, aby pomóc pacjentom w procesie odzyskiwania funkcji czuciowych i motorycznych związanych z uszkodzeniem nerwów i mięśni.
Niestety właściwości mechaniczne i sztywny charakter istniejących materiałów elektronicznych sprawiają, że są one niekompatybilne z tkankami miękkimi. Prowadzi to do tarcia i potencjalnego stanu zapalnego, co opóźnia rehabilitację pacjenta.
Aby przezwyciężyć te ograniczenia, badacze IBS sięgnęli po materiał powszechnie stosowany jako wypełniacz wygładzający zmarszczki, zwany kwasem hialuronowym. Wykorzystując tę substancję, opracowano hydrożel do wstrzykiwań do „protez tkankowych”, który podczas regeneracji może tymczasowo wypełnić lukę w brakujących tkankach mięśniowych/nerwowych. Możliwość wstrzykiwania tego materiału daje mu znaczną przewagę nad tradycyjnymi urządzeniami bioelektronicznymi, które nie nadają się do stosowania w wąskich, głębokich lub małych obszarach i wymagają inwazyjnych operacji.
Niedawno w czasopiśmie Nature naukowcy z Instytutu Nauk Podstawowych (IBS) w Korei Południowej opublikowali artykuł na temat znaczących postępy w technologii biomateriałów i medycynie rehabilitacyjnej. Opracowali to nowatorskie podejście do leczenia uszkodzeń mięśni, wykorzystując „protezę tkanki do wstrzykiwania” w postaci przewodzących hydrożeli i łącząc ją z systemem rehabilitacji wspomaganym przez robota.
Dzięki swoim właściwościom wysoce „tkankowym” hydrożel płynnie łączy się z tkankami biologicznymi i można go łatwo aplikować w trudno dostępne obszary ciała bez operacji. Odwracalne i nieodwracalne wiązania poprzeczne w hydrożelu dostosowują się do dużych naprężeń ścinających podczas wtryskiwania, zapewniając doskonałą stabilność mechaniczną. Hydrożel zawiera również nanocząsteczki złota, co nadaje mu przyzwoite właściwości elektryczne. Jego przewodzący charakter pozwala na efektywną transmisję sygnałów elektrofizjologicznych pomiędzy dwoma końcami uszkodzonych tkanek. Ponadto hydrożel ulega biodegradacji, co oznacza, że pacjenci nie muszą ponownie poddawać się operacji.
Naukowcy uważają, że dzięki właściwościom mechanicznym zbliżonym do tkanek naturalnych, wyjątkowej przyczepności tkanek i właściwościom wstrzykiwania materiał ten oferuje nowatorskie podejście do rehabilitacji.
Następnie naukowcy przetestowali ten nowatorski pomysł na modelach gryzoni. Aby zasymulować uszkodzenie wolumetrycznej utraty mięśni, z tylnych nóg tych zwierząt usunięto duży kawałek mięśni. Wstrzykując hydrożel i wszczepiając dwa rodzaje rozciągliwych urządzeń łączących się z tkankami w celu wykrywania i stymulacji elektrycznej, badaczom udało się poprawić chód „rannych” gryzoni. Protezy hydrożelowe połączono ze wsparciem robota, kierując się sygnałami elektromiografii mięśni. Razem pomogły poprawić chód zwierzęcia bez stymulacji nerwów. Co więcej, regeneracja tkanki mięśniowej została skutecznie poprawiona w dłuższej perspektywie po zastosowaniu przewodzącego hydrożelu do wypełnienia uszkodzeń mięśni.
Opracowany w tym badaniu hydrożel przewodzący do wstrzykiwań wyróżnia się pod względem rejestrowania sygnałów elektrofizjologicznych i wydajności stymulacji, oferując potencjał rozszerzenia jego zastosowań. Prezentuje świeże podejście do dziedziny urządzeń bioelektronicznych i jest obiecującą protezą tkanek miękkich do wspomagania rehabilitacji.
Podkreślając znaczenie badań, profesor SHIN Mikyung zauważa:
– Stworzyliśmy nadającą się do wstrzykiwania, wytrzymałą mechanicznie i przewodzącą elektrycznie protezę tkanek miękkich, idealną do leczenia poważnych uszkodzeń mięśni wymagających rehabilitacji nerwowo-mięśniowo-szkieletowej. Opracowanie tego hydrożelu do wstrzykiwań z wykorzystaniem nowatorskiego krzyża -metoda łączenia jest godnym uwagi osiągnięciem. Wierzymy, że znajdzie zastosowanie nie tylko w mięśniach i nerwach obwodowych, ale także w różnych narządach, takich jak mózg i serce.
Profesor SON Donghee dodał: – W tym badaniu system rehabilitacji chodu w zamkniętej pętli, obejmujący wytrzymały hydrożel do wstrzykiwań oraz rozciągliwe i samonaprawiające się czujniki, mógłby znacząco poprawić perspektywy rehabilitacji pacjentów z problemami neurologicznymi i mięśniowo-szkieletowymi. Może również odegrać kluczową rolę w leczeniu precyzyjną diagnostykę i leczenie różnych narządów ludzkiego ciała.
Zespół badawczy prowadzi obecnie dalsze badania w celu opracowania nowych materiałów do regeneracji tkanki nerwowej i mięśniowej, które można wszczepić w sposób minimalnie inwazyjny. Badają także możliwość regeneracji różnych uszkodzeń tkanek poprzez wstrzyknięcie przewodzącego hydrożelu, eliminując potrzebę operacji otwartej.
Źródło tekstu: materiały Instytutu Nauk Podstawowych, zdjęcie zajawka: kjpargeter/Freepik
Zostaw komentarz
You must be logged in to post a comment.