مجتمع سنسور می تواند درمان آنوریسم مغز را کنترل کند

ایمپلنت دیورتیک جریان استنت را مانند یک گزینه برای درمان تهاجم انتوریسم مغز در رگ های خونی می دهد، اما این روش به نظارت مکرر در حالی که عروق در حال بهبود می باشد ، نیاز دارد. در حال حاضر، تیم تحقیقاتی چند دانشگاه در حال اثبات مفهوم یک سنسور بسیار قابل انعطاف و قابل کشش می باشد که می تواند با diverter جریان نظارت بر همودینامیک در رگ های خونی بدون روش های تشخیصی پرهزینه نشان بدهد.

سنسور، که از تغییرات خازنی برای اندازه گیری جریان خون استفاده می کند، می تواند نیازمندی های تست را برای نظارت بر جریان از طریق diverter کاهش دهد. محققان به رهبری جورجیا فناوری نشان داده اند که سنسور دقیقا جریان مایعات را در رگ های حیوانی آزمایش می کند و در چالش بعدی کار می کنند. عملیات بی سیم می تواند آزمایش in vivo را انجام دهد.

این تحقیق در 18 ژوئیه در مجله ACS Nano گزارش شد و توسط کمک های چندگانه از موسسه جی تی ای الکترونیک و فناوری نانو، دانشگاه پیتسبورگ و موسسه علوم مواد غذایی کره پشتیبانی شد.

Woon-Hong Yeo، استاديار دانشکده مهندسي جورج واتروف، گرجستان و والاس هول كولتر، گفت: “سيستم سنسور نانوساختار مي تواند مزايايي را براي بيماران فراهم كند، از جمله درمان آنوريسم كمتر تهاجمي و توانايي فعاليت نظارتي. مهندسی بیومدیکال می گوید : سیستم یکپارچه می تواند نظارت فعالانه بر همودینامیک پس از جراحی را فراهم کند، و به پزشک اجازه دهد با اندازه گیری کمی از چگونگی عملکرد دیوگرتور جریان در درمان کار کند.”

Aneurysms مغزی در بیش از پنج درصد از جمعیت رخ می دهد، با هر آنوریسم که در هر سال از شکستگی یک درصد ریسک می کند. Youngja Chun، استادیار دانشکده مهندسی سوانسون در دانشگاه پیتزبورگ، اشاره کرد: پارگی آنوریسم در نیمی از بیماران مبتلا به مرگ رخ می دهد.

درمان آندوسکوپی با استفاده از کویل پلاتین برای پر کردن کیسه ی آنوریسم به عنوان استاندارد مراقبت از اکثر آنوریسم ها تبدیل شده است، اما اخیرا یک رویکرد جدید آندوساکالی ، جریان دیوگرتر،  برای درمان آنوریسم های مغزی توسعه یافته است. انحراف جریان شامل قرار دادن یک استنت متخلخل در گردن آنوریسم برای هدایت جریان دور از کیسه، ایجاد لخته های خون محلی در داخل کیسه می باشد.

Chun توضیح داد: “ما یک دیورتیک جریان بسیار قابل انعطاف، بیش از حد الاستیک را با استفاده از نیتینول نازک نوری بسیار متخلخل ایجاد کرده ایم.” با این وجود، هیچ یک از جریانهای جریان موجود، نظارت کمتری بر روی همودینامیک داخل کیسه آنوریسم مغزی ایجاد نمی کند. از طریق همکاری با گروه دکتر یئو در گرجستان، ما یک سیستم هوشمند جریان دیفرکت را ایجاد کرده ایم که می تواند به طور فعال نظارت بر تغییرات جریان در طول و بعد از جراحی عمل کند ”

تعمیر شریان آسیب دیده طول می کشد و ماه ها و یا حتی سال ها، در طی آن، با استفاده از تکنولوژی MRI و آنژیوگرافی، جریان دیوگرتور باید با استفاده از تکنولوژی MRI و آنژیوگرام نظارت شود و هزینه تزریق رنگ مغناطیسی به جریان خون باشد. Yeo و همکارانش امیدوارند که سنسور بتواند نظارت ساده تری را در دفتر دکتر با استفاده از سیم پیچ القایی بی سیم برای ارسال انرژی الکترومغناطیسی از طریق سنسور فراهم کند. با اندازه گیری چگونگی تغییر فرکانس رزونانس ، انرژی در هنگام عبور از سنسور، سیستم می تواند تغییرات جریان خون را در کیسه اندازه گیری کند.

یئو گفت: “ما در حال تلاش برای ایجاد یک دستگاه بی سیم که بسیار کشیدنی و قابل انعطاف است و می تواند به اندازه کافی کوچک باشد تا از رگ های خونی کوچک و پیچیده مغز منتقل شود و پس از آن بدون آسیب به کار گرفته شود.”این بسیار پیچیده است که این سیستم الکترونیکی را به داخل رگ های خونی باریک و متشکل از مغز وارد کنیم.”

سنسور از یک میکرو غشاء ساخته شده از دو لایه فلزی اطراف ماده دی الکتریک استفاده می کند و در اطراف جریان دیوگرتر پیچیده می شود. این دستگاه تنها چند صد نانومتر ضخامت دارد و با استفاده از تکنیک های چاپ نانوفیلتر و انتقال مواد، که در مواد نرم افزاری نرم می شود، تولید می شود.

Yeo توضیح داد: “غشاء توسط جریان از طریق diverter خنثی شده است، و بسته به قدرت جریان، تغییر سرعت، مقدار انحراف تغییر می کند.”ما مقدار انحراف را براساس تغییر خازن اندازه گیری می کنیم، زیرا ظرفیت معکوس متناسب با فاصله بین دو لایه فلزی است.”

از آنجایی که رگ های خونی مغزی بسیار کوچک هستند، دیوایسترهای جریان می توانند حداکثر تا پنج تا ده میلی متر طول و چند میلی متر دارای قطر باشند. این امر از استفاده سنسورهای معمولی با مدارهای الکترونیکی سفت و محکم جلوگیری می کند.

Yeo گفت: “قرار دادن مواد و مدارهای کاربردی به چیزی که اندازه ای تقریبا غیر ممکن دارد در حال حاضر بسیار غیر ممکن است.” “آنچه که ما انجام می دهیم بر اساس مواد متداول و استراتژی های طراحی بسیار پیچیده است.”

محققان سه ماده را برای سنسورهایشان آزمایش کردند: طلا، منیزیم و آلیاژ ، نیکل ، تیتانیوم که به نام نیتینول شناخته می شود. همه چیز را می توان با خیال راحت در بدن استفاده کرد، اما منیزیم پتانسیل بالایی را در جریان خون پس از آنکه دیگر مورد نیاز نیست، ارائه می دهد.

سنسور اثبات اصلی به آزمایش سیم کشی هدایت شد، اما Yeo و همکارانش در حال حاضر روی یک نسخه بی سیم کار می کنند که می تواند در یک مدل حیوانی زنده اجرا شود. در حالی که سنسورهای ایمپلنت برای نظارت بر رگ های خونی مورد استفاده قرار می گیرد، کاربرد مغز چالش های مهمی را ایجاد می کند.

Yeo گفت: “سنسور باید برای قرار دادن به طور کامل فشرده شود، بنابراین باید قادر به کشش 300 یا 400 درصد باشد.” ساختار حسگر باید بتواند این نوع دست زدن را تحمل کند در حالی که سازگار و خم می شود تا داخل رگ خونی قرار بگیرد.”

منبع

Connor Howe, et al, 2018. Stretchable, Implantable, Nanostructured Flow-Diverter System for Quantification of Intra-aneurysmal Hemodynamics. ACS Nano, 2018; DOI: 10.1021/acsnano.8b04689