Умный пластырь для выявления пролежней

Видео: Estimote Stickers — умные этикетки

Инженеры из Университета Калифорнии в Беркли (UC Berkeley) создали новый тип пластыря, который способен сделать гораздо больше, чем просто остановить кровь или защитить порезанное колено.

Благодаря последним достижениям ученых в области гибкой электронике, их команда совместно с коллегами из Университета Калифорнии в Сан-Франциско (UC San Francisco) разработала новый «умный пластырь» на электронных схемах, который с помощью тока определяет повреждения тканей, вызванные пролежнями.

Это дает возможность выявлять пролежни даже там, где они еще не видны и где своевременное вмешательство будет наиболее эффективным.

«Мы решили создать тип пластыря или повязки, который способен распознавать только формирующиеся пролежни еще до того как повреждение станет заметно на поверхности кожи. Мы думаем, что медработники, которые ухаживают за лежачими пациентами, благодаря такому устройству смогут своевременно обнаруживать пролежни на проблемных зонах, а также отслеживать процесс заживления», - заявил Майкл Махарбиз (Michel Maharbiz), преподаватель электроинжиниринга в UC Berkeley.

Исследователи сосредоточили внимание на изменениях электропроводности, которые возникают при гибели здоровых клеток. Они тестировали свой электронный пластырь на коже крыс и пришли к выводу, что устройство вполне способно оценивать степень повреждения тканей, которая зависит от изменения их сопротивления.

Борьба с растущей проблемой здравоохранения

Результаты ученых, которые были опубликованы 17 марта в журнале Nature Communications, говорят о том, что мы стоим на пороге значительных перемен в уходе за лежачими больными. Только в Соединенных Штатах каждый год от пролежней страдает 2,5 миллиона человек, а лечение и уход за такими пациентами обходятся в 11 миллиардов долларов ежегодно.



Пролежни представляют собой омертвение тканей в результате длительного их сдавления и ограничения кровоснабжения. Чаще всего такие повреждения возникают на копчике, бедрах, лопатках, стопах, локтях и др. В группе риска все пациенты, которые прикованы к постели или ограничены в движениях.

«К тому времени, когда вы увидите пролежни на поверхности кожи, обычно уже слишком поздно. Этот пластырь может служить для раннего предупреждения. Если вовремя начать лечение, то повреждения могут не стать перманентными. Решение будет простым – просто убрать давление», - говорит доктор Майкл Харрисон (Michael Harrison), профессор хирургии в UCSF, соавтор последнего исследования.

Пролежни ассоциируются со смертельными инфекциями. Недавние научные работы говорят нам, что вероятность смерти пациентов с пролежнями возрастает в 2,8 раза. Распространяющаяся эпидемия диабета и ожирения только увеличивает масштаб этой проблемы.



«Гениальность этого устройства состоит в том, что оно определяет степень повреждений по изменению электрических свойств тканей. Сегодня в клинической практике нет другого устройства, которое использовало бы этот простой принцип. Это решение большой проблемы, над которой многие исследователи ломают голову уже более 50 лет. Новый пластырь великолепен», - говорит доктор.

Клетки в роли конденсаторов и резисторов

Исследователи нанесли дюжину электродов на гибкую и тонкую пленку. Они соединили их с очень слабым источником тока, чтобы с помощью такой сети составить «карту» тканей пациента, основываясь на изменении сопротивления тканей при разной частоте тока. Они применили метод импедансной спектроскопии.

Ученые заключили, что у здоровой, нормально функционирующей клеточной мембраны достаточно высокое сопротивление, поэтому она действует как изоляция, в которую «завернуто» токопроводящее клеточное содержимое. Они сравнивают это с конденсатором.

Когда клетка начинает гибнуть, целостность ее мембраны нарушается, и электрический сигнал проходит через нее. Причем степень повреждения обратно пропорциональна сопротивлению.

«Наше устройство демонстрирует принципиальную возможность составления локальной карты живого организма при помощи импедансной спектроскопии», - говорит ведущий автор исследования Сара Суишер (Sarah Swisher), преподаватель электроинжиниринга и информатики в UC Berkeley.

Чтобы имитировать пролежни, исследователи аккуратно зажали кожу крысы между двумя магнитами на три часа, после чего освободили и восстановили нормальную активность. Восстановление кровотока вызвало воспаление, окислительный стресс и ускоренную гибель клеток. Ученые приклеили к этому участку умный пластырь и отслеживали его показатели на протяжении трех суток.

Как и предполагалось, устройство регистрировало изменения электрического сопротивления тканей по мере разрушения клеточных мембран и гибели клеток. Через час после освобождения от магнитов наблюдалось незначительное повреждение тканей, через три часа отмечались более серьезные, необратимые изменения.

«То, что мы совершили в ходе последнего исследования – это значительный шаг к пониманию развития пролежней в сложной живой ткани. В прошлом ученые использовали импедансную спектроскопию для изучения клеточных культур или относительно простых измерений в тканях. Но теперь есть уникальная технология, которая может быть использована в клинических условиях для получения полезной информации о развитии ран. Это большой шаг вперед», - сказал Махарбиз в своем заявлении.