Ερευνητές από τα Τμήματα Πολιτικών Μηχανικών και Νευροχειρουργικής του Πανεπιστημίου του Πίτσμπουργκ στις Ηνωμένες Πολιτείες, ανέπτυξαν το πρώτο αυτόνομο εμφύτευμα σπονδυλικής στήλης που στέλνει δεδομένα επούλωσης σε πραγματικό χρόνο από το εσωτερικό του σώματος. Ο στόχος της ερευνητικής ομάδας είναι να κάνει την αποκατάσταση μετά από σπονδυλοδεσία πιο ασφαλή, επιτρέποντας στους γιατρούς να παρακολουθούν εξ αποστάσεως την πορεία της επούλωσης και να παρεμβαίνουν έγκαιρα πριν παρουσιαστούν επιπλοκές.
Η διαδικασία της σπονδυλοδεσίας περιλαμβάνει τη σύντηξη δύο σπονδύλων με τη βοήθεια ενός μεταλλικού κλωβού και ενός οστικού μοσχεύματος, τα οποία συγκρατούνται με βίδες και στηρίγματα. Μέχρι σήμερα, η παρακολούθηση της ανάρρωσης βασίζεται σε ακτινογραφίες και στα συμπτώματα του ασθενούς. Επειδή η επούλωση δεν είναι εύκολο να παρακολουθείται συνεχώς, η διαδικασία θεωρείται μη πλήρως “συνδεδεμένη”. Παρά την ύπαρξη ασύρματων εμφυτευμάτων, αυτά εξαρτώνται από μπαταρίες και ηλεκτρονικά κυκλώματα, γεγονός που περιορίζει τη διάρκεια ζωής τους.
Σε αυτό το σημείο, η εμπειρία του Αμίρ Αλάβι, ερευνητή στον τομέα της μηχανικής, αποδείχθηκε καθοριστική. Ο Αλάβι έχει δημιουργήσει αισθητήρες για γέφυρες, οι οποίοι παράγουν τη δική τους ενέργεια και ενημερώνουν αυτόματα όταν εντοπίζουν σημάδια φθοράς ή καταπόνησης. Αυτή η τεχνολογία αποδείχθηκε ιδανική και για τα εμφυτεύματα της σπονδυλικής στήλης.
Από τις γέφυρες στη σπονδυλική στήλη
Η ομάδα αξιοποιεί μεταϋλικά, δηλαδή σύνθετα τεχνητά υλικά που αποτελούνται από αγώγιμα και μη αγώγιμα στρώματα. Αυτές οι δομές μπορούν να παράγουν ενέργεια και να εκπέμπουν σήματα όταν δέχονται μηχανική πίεση. Το 2023, ο Νίτιν Αγκαρβάλ, αναπληρωτής καθηγητής Νευροχειρουργικής, και ο Αλάβι, ενσωμάτωσαν αυτή την τεχνολογία σε κλωβούς σπονδυλοδεσίας, σύμφωνα με άρθρο που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Materials Today. Οι συσκευές αυτές όχι μόνο σταθεροποιούν τη σπονδυλική στήλη, αλλά και παρακολουθούν την πρόοδο της επούλωσης.
«Δημιουργήσαμε εμφυτεύματα για σπονδυλοδεσία που διαθέτουν ενσωματωμένη ‘νοημοσύνη’, όπως και τα ανθρώπινα κύτταρα», δήλωσε ο Αλάβι.
Καθώς η επούλωση προχωρά, το σήμα του εμφυτεύματος αλλάζει.
«Όταν το οστό επουλώνεται, αναλαμβάνει μεγαλύτερο φορτίο και το σήμα μειώνεται. Αντίθετα, αμέσως μετά την επέμβαση, το σήμα είναι ισχυρότερο, καθώς οι σπονδυλικές πλάκες πιέζουν πιο δυνατά τον κλωβό», εξήγησε ο ερευνητής.
Εμφυτεύματα με τεχνητή νοημοσύνη και σύνδεση στο cloud
Τα σήματα που παράγει το εμφύτευμα συλλέγονται από ένα ηλεκτρόδιο τοποθετημένο στην πλάτη του ασθενούς και μεταδίδονται στο cloud, όπου οι γιατροί μπορούν να τα αναλύουν σε πραγματικό χρόνο. Με αυτό τον τρόπο, είναι δυνατό να εντοπίζονται έγκαιρα επιπλοκές και να εφαρμόζονται διορθωτικές παρεμβάσεις.
Παράλληλα, η ομάδα αξιοποιεί γενετική τεχνητή νοημοσύνη (Generative AI) για να προσαρμόζει τον σχεδιασμό του εμφυτεύματος σε κάθε ασθενή ξεχωριστά. Ήδη έχουν ολοκληρωθεί εργαστηριακές δοκιμές in vitro, οι οποίες επιβεβαίωσαν ότι το σύστημα λειτουργεί σωστά. Με τη χρηματοδότηση των Εθνικών Ινστιτούτων Υγείας (NIH), οι ερευνητές προχωρούν τώρα στις δοκιμές σε ζώα.
«Αν τα αποτελέσματα είναι θετικά, το επόμενο βήμα θα είναι οι κλινικές δοκιμές σε ανθρώπους», δήλωσε ο Αγκαρβάλ.
«Συνδυάζοντας την κλινική εμπειρία με την πειραματική έρευνα, έχουμε περισσότερες πιθανότητες να μεταφέρουμε αυτή την τεχνολογία από το εργαστήριο στους ασθενείς», πρόσθεσε.
Βρείτε μας στο Google News. Πατήστε εδώ!