Прорывы в мировом протезировании: магнитные датчики внутри мышц и восстановление роговицы

31.10.2022

Нозологии

#офтальмология #травматология и ортопедия #хирургия #лечебное дело #воп #трансплантология и искусственные органы

Американские ученые предложили отслеживать растяжение мышц с помощью магнитных датчиков, вживленных внутрь тела.

В своем исследовании они показали, что система позволяет рассчитать длину мышцы менее чем за миллисекунды, а сами датчики биосовместимы и безопасны. В будущем технология позволит улучшить существующие системы управления протезами конечностей.

Современные протезы конечностей обычно контролируются с помощью электромиографии (ЭМГ). Электроды, прикрепленные к поверхности кожи или имплантированные в остаточную мышцу ампутированной конечности, измеряют сигналы от мышц и передают их протезу. Однако этот подход не учитывает никакой информации о длине или скорости сокращения мышц, которая могла бы сделать движения протеза точнее.

Используя простую систему из магнитов, исследователи из Массачусетского технологического института (США) изобрели новый способ отслеживания движений мышц. Они уже доказали эффективность технологии в экспериментах на животных и теперь планируют использовать этот метод, чтобы помочь людям с ампутациями более точно и естественно управлять протезами конечностей. Статья опубликована в журнале Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.

Подход, получивший название «магнитомикрометрия», использует постоянные магнитные поля, окружающие небольшие шарики, имплантированные в мышцу.

Датчик размером с кредитную карту, прикрепленный к поверхности тела, отслеживает расстояния между двумя магнитами. Когда мышца сокращается, магниты сближаются, а когда расслабляется — отдаляются друг от друга.

Ранее ученые показали, что эту систему можно использовать для точного измерения небольших движений лодыжки. Теперь они поставили цель выяснить, может ли система выполнять точные измерения во время естественных движений вне лабораторных условий. — Для этого исследователи создали полосу препятствий для индюков, в мышцы ног которых имплантировали датчики. Оказалось, во время прыжков, бега и других движений система рассчитывала длину мышц менее чем за миллисекунду.

После этого авторы протестировали биосовместимость имплантатов. Магниты не вызывали рубцевание тканей, воспаление или другие нежелательные побочные эффекты. Кроме того, операция не изменила походку индюков, так что, вероятно, датчики не провоцировали дискомфорт. Кроме того, магниты оставались стабильными в течение восьми месяцев, на протяжении всего исследования, и не мигрировали навстречу друг другу, если были имплантированы на расстоянии не менее трех сантиметров друг от друга.

Теперь ученые планируют получить одобрение для тестирования системы на людях с протезами конечностей. Они надеются задействовать датчик для управления протезами аналогично тому, как сейчас используется ЭМГ. Магнитные датчики, вживленные в сохранившиеся мышцы конечности будут передавать протезу информацию о степени растяжения мышцы и придавать ему желаемое положение.

Хирурги впервые успешно пересадили людям искусственные роговицы из свиного коллагена

Роговичные импланты, полученные биоинженерами на основе кожи свиньи, успешно пересадили 20 пациентам. Они хорошо прижились и значительно улучшили зрение людей с тяжелой патологией, что открыло новые перспективы лечения кератоконуса и подобных болезней.

Заболевания роговицы относят к одной из самых распространенных причин потери зрения — из-за них ослепли более 17 миллионов людей по всему миру. Патологии могут нарушать форму роговицы, ее прозрачность, прочность или все это одновременно.

Среди заболеваний выделяется кератоконус — разновидность дистрофии роговицы. В этом случае ее ткани истончаются, теряют упругость и выдаются вперед в виде небольшого конуса — отсюда и название болезни. Важно отметить, что подобное кератоконусу состояние может развиться и после операции лазерной коррекции зрения.

Разработано несколько методов терапии — от имплантации небольших пластиковых колец и облучения ультрафиолетом до более или менее обширной пересадки роговицы, к которой прибегают в тяжелых случаях.

В качестве транспланта обычно используют кадаверную роговицу, то есть взятую у умерших людей. Естественно, подобные операции вызывают осложнения. Именно поэтому ученые и врачи-офтальмологи создают различного рода искусственные протезы роговицы.

Теперь в этом вопросе произошел важный прорыв, и ему посвящена новая статья в журнале Nature Biotechnology. Исследователи из Линчёпингского университета (Швеция) создали искусственные роговицы на основе коллагена из кожи свиньи. Именно коллаген придает прочность различным тканям человека, включая роговицу. Однако трудность в том, что сам по себе белок недостаточно тверд и к тому же легко разрушается.

Чтобы придать коллагену нужные свойства, исследователи использовали химические реагенты и ультрафиолетовое излучение, выполнив так называемый двойной кросслинкинг коллагена. Это внесение поперечных химических сшивок между волокнами коллагена, которое можно сравнить с вулканизацией каучука при производстве резины.

Любопытно, что подобный химический кросслинкинг при воздействии ультрафиолета используют и для укрепления тканей самой роговицы заболевшего.

Новые усовершенствованные протезы получили название «биоинженерные конструкции на основе материала свиньи с двойным кросслинкингом» (bioengineered porcine construct, double crosslinked, или BPCDX).

Безопасность и эффективность имплантов проверили в первых клинических испытаниях. Искусственные роговицы пересадили 20 пациентам из Ирана и Индии с тяжелой патологией зрения — многие на момент операции были слепы. Импланты прижились и в большинстве случаев обеспечили хорошую остроту зрения. Об этом свидетельствуют два года наблюдения за прооперированными пациентами, трое из которых приобрели идеальное зрение после полной слепоты.

«Эти результаты означают, что мы можем создать биоматериал, отвечающий всем необходимым критериям импланта, который можно пересаживать людям, производить в больших количествах и хранить до двух лет — и благодаря ему помочь большему числу людей с нарушениями зрения», — утверждает Нил Лагали (Neil Lagali), профессор Линчёпингского университета. Ученый также надеется, что их разработка поможет преодолеть недостаток донорских роговиц.

Вновь разработанная процедура малоинвазивна, не опасна, и ее легче провести по сравнению с той же пересадкой. В этом случае ткани глаза пациента не приходится удалять: имплант достаточно поместить прямо в них через небольшой разрез.

Провести подобную операцию может даже хирург с небольшим опытом, что означает надежду на лучшее зрение для людей из самых бедных стран и регионов.

Источники материалов: