Auflösbarer Gehirnsensor könnte in der Notaufnahme Spiel verändern

Wenn ein Patient eine traumatische Hirnverletzung erleidet, müssen Ärzte den Druck auf das Gehirn sowohl innerhalb als auch außerhalb des Schädels überwachen, um weitere Hirnverletzungen zu verhindern. Obwohl es derzeit Monitore gibt, die dem Job gewachsen sind, sind sie groß und unhandlich. Jetzt haben Forscher einen kabellosen Hirnsensor entwickelt, der letztendlich vom Körper absorbiert wird und somit keine Entfernungschirurgie benötigt.
Die Forscher um Dr. Wilson Z. Ray (links) und Dr. Rory K. J. Murphy (rechts) entwickelten einen auflösbaren, kabellosen Hirnsensor, der die Notwendigkeit einer Operation beseitigt.
Bildnachweis: Robert Boston

Das Team von Forschern - von der medizinischen Fakultät der Universität Washington in St. Louis, MO, und der Universität von Illinois in Urbana-Champaign - sagen, dass ihre Implantate verwendet werden könnten, um Patienten mit Schädel-Hirn-Trauma (TBI) zu überwachen, aber ähnliche Sensoren könnte verwendet werden, um die Organaktivität im Rest des Körpers zu überwachen.

Sie veröffentlichen die Ergebnisse ihrer neuesten Studie in der Zeitschrift Natur.

In den USA sterben jedes Jahr etwa 50.000 Menschen an TBI. Nach Angaben des Centers for Disease Control and Prevention (CDC) wird ein TBI durch einen Schlag oder Stoß auf den Kopf verursacht, der die normale Funktion des Gehirns stört.

Obwohl nicht alle Schläge auf den Kopf zu einem TBI führen, kann der Schweregrad eines TBI leicht bis schwer sein, einschließlich einer längeren Bewusstlosigkeit oder einer Amnesie nach einer Verletzung.

Da es keine Möglichkeit gibt, den Hirndruck anhand von Gehirnscans oder klinischen Merkmalen zuverlässig abzuschätzen, müssen Ärzte, wenn ein Patient mit einem TBI ins Krankenhaus eingeliefert wird, Geräte verwenden, die "auf Technologie der 80er Jahre basieren", so Dr. Rory KJ Murphy, Studienautor von der Washington University School of Medicine.

"Sie sind groß, sie sind unhandlich und sie haben Drähte, die mit den Monitoren auf der Intensivstation verbunden sind", sagt er. "Sie geben genaue Messwerte, und sie helfen, aber es gibt Möglichkeiten, sie besser zu machen."

"Hardware resorbiert vollständig in den Körper, wenn sie nicht mehr gebraucht wird"

Obwohl sich die biomedizinischen Anwendungen elektronischer Geräte weiter entwickeln, stellt Dr. Murphy fest, dass "eine große Hürde darin besteht, dass Implantate im Körper oft eine Immunantwort auslösen", was für die Patienten problematisch ist.

Um dieses Problem zu umgehen, arbeiteten Dr. Murphy und seine Kollegen gemeinsam an der Entwicklung von Geräten aus Polymilchsäure-Glykolsäure (PLGA) und Silikon, die Druck, Temperatur und andere Informationen präzise übertragen können.

Das Team testete zuerst die Sensoren in Kochsalzlösungsbädern, wodurch sie sich in wenigen Tagen auflösten. Ihr nächster Schritt war, die Geräte in den Gehirnen der Laborratten zu testen.

Nach erfolgreichen Tests, bei denen das Team zeigte, dass die Sensoren im Rattengehirn genau und vollständig auflösbar sind, planen die Forscher nun, ihre Sensoren bei menschlichen Patienten zu testen.

Prof. John A. Rogers von der Universität von Illinois kommentiert ihr neues Gerät:

"Mit fortschrittlichen Materialien und Gerätedesigns haben wir gezeigt, dass es möglich ist, elektronische Implantate zu entwickeln, die eine hohe Leistung und klinisch relevante Funktionalität in der Hardware bieten, die vollständig in den Körper resorbiert wird, nachdem die entsprechenden Funktionen nicht mehr benötigt werden."

Er fügt hinzu, dass ihr Gerät "in vielen Bereichen der klinischen Versorgung ein großes Potenzial hat".

Das Gerät ist nachweislich 3 Tage lang ununterbrochen in Betrieb

Der Hauptvorteil ihres neuen Geräts ist ihre Löslichkeit. Für den Patienten bedeutet das: "Sie haben über einen längeren Zeitraum nichts im Körper, was das Infektionsrisiko, chronische Entzündungen und sogar Erosion durch die Haut oder das Organ, in dem es sich befindet, erhöht", erklärt Dr. Murphy.

Darüber hinaus verringern die Vorrichtungen das Risiko einer Infektion und anderer Komplikationen, da sie für ihre Entfernung keine Operation benötigen.

Da die Forscher bewiesen haben, dass ihre Geräte 3 Tage lang ununterbrochen arbeiten können, sind diese Zeitrahmen für den klinischen Einsatz ausreichend, da Patienten mit TBIs oft mehrere Tage nach einer Verletzung überwacht werden müssen.

Bezüglich weiterer klinischer Anwendungen sagt Dr. Murphy, dass bei Patienten mit TBIs, deren Hirndruck nicht ausreichend reduziert werden kann, oft eine Operation durchgeführt werden muss. Ihre neuen Geräte könnten während der Operation an mehreren Stellen im Gehirn platziert werden, um den Patienten weiter zu überwachen.

Er sagt über ihr Gesamtziel:

"Die ultimative Strategie besteht darin, ein Gerät zu haben, das Sie im Gehirn oder in anderen Organen des Körpers implantieren können. Es ist vollständig implantiert, eng mit dem zu überwachenden Organ verbunden und kann Signale drahtlos übertragen, um Informationen über die Gesundheit bereitzustellen von diesem Organ, so dass die Ärzte bei Bedarf eingreifen können, um größere Probleme zu vermeiden. "

"Und dann", fügt Dr. Murphy hinzu, "wird es nach der kritischen Phase, die Sie eigentlich überwachen wollen, sich auflösen und verschwinden."

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