Ερευνητές από τα τμήματα Πολιτικών Μηχανικών και Νευροχειρουργικής του Πανεπιστημίου του Πίτσμπουργκ στις ΗΠΑ, δημιούργησαν το πρώτο αυτόνομο εμφύτευμα σπονδυλικής στήλης που μεταδίδει σε πραγματικό χρόνο δεδομένα επούλωσης από το εσωτερικό του σώματος. Η ερευνητική ομάδα στοχεύει να καταστήσει την αποκατάσταση μετά από σπονδυλοδεσία ασφαλέστερη, επιτρέποντας στους γιατρούς να παρακολουθούν την πορεία επούλωσης εξ αποστάσεως και να παρεμβαίνουν έγκαιρα πριν εμφανιστούν επιπλοκές.
Η διαδικασία περιλαμβάνει τη σύντηξη δύο σπονδύλων με τη βοήθεια ενός μεταλλικού κλωβού και ενός οστικού μοσχεύματος τα οποία συγκρατούνται μεταξύ τους με βίδες και στηρίγματα. Σήμερα, η παρακολούθηση της ανάρρωσης βασίζεται σε ακτινογραφίες και συμπτώματα του ασθενούς. Επειδή η επούλωση είναι δύσκολο να παρακολουθείται συνεχώς, η διαδικασία δεν είναι πλήρως «συνδεδεμένη». Παρόλο που υπάρχουν ασύρματα εμφυτεύματα, εξαρτώνται από μπαταρίες και ηλεκτρονικά κυκλώματα, κάτι που περιορίζει τη διάρκεια ζωής τους.
Σε αυτό το σημείο η εμπειρία του Αμίρ Αλάβι στον τομέα της μηχανικής αποδείχθηκε καθοριστική. Ο ερευνητής έχει αναπτύξει αισθητήρες για την παρακολούθηση γεφυρών, οι οποίοι παράγουν τη δική τους ενέργεια και στέλνουν ειδοποιήσεις όταν εντοπίζουν σημάδια καταπόνησης ή φθοράς. Η ιδέα αυτή αποδείχθηκε εφαρμόσιμη και στα εμφυτεύματα της σπονδυλικής στήλης.
Από τις γέφυρες στη σπονδυλική στήλη
Η ομάδα χρησιμοποιεί μεταϋλικά – σύνθετα τεχνητά υλικά με εναλλασσόμενα αγώγιμα και μη αγώγιμα στρώματα. Αυτές οι δομές παράγουν ενέργεια και εκπέμπουν σήματα όταν δέχονται πίεση. Το 2023, ο Νίτιν Αγκαρβάλ, αναπληρωτής καθηγητής Νευροχειρουργικής και ένας από τους επικεφαλής ερευνητές και ο Αλάβι, άρχισαν να ενσωματώνουν την τεχνολογία αυτή σε κλωβούς σπονδυλοδεσίας, όπως αναφέρουν σε άρθρο τους που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Materials Today. Οι συσκευές αυτές σταθεροποιούν τη σπονδυλική στήλη και ταυτόχρονα παρακολουθούν την πορεία ανάρρωσης του ασθενούς.
«Δημιουργήσαμε εμφυτεύματα για σπονδυλοδεσία, τα οποία, όπως και τα ανθρώπινα κύτταρα, διαθέτουν ενσωματωμένη ‘νοημοσύνη’», δήλωσε ο Αλάβι.
Καθώς η σπονδυλική στήλη επουλώνεται, το σήμα του εμφυτεύματος αλλάζει.
«Εάν η σπονδυλική στήλη επουλώνεται, το οστό αρχίζει να σηκώνει μεγαλύτερο φορτίο και το σήμα του εμφυτεύματος μειώνεται φυσικά. Αμέσως μετά την επέμβαση, το σήμα είναι ισχυρότερο επειδή οι σπονδυλικές τελικές πλάκες πιέζουν πιο δυνατά τον κλωβό» συνέχισε ο ερευνητής.
Εμφυτεύματα με τεχνητή νοημοσύνη και σύνδεση στο cloud
Τα σήματα που παράγει το εμφύτευμα λαμβάνονται από ένα ηλεκτρόδιο που έχει τοποθετηθεί στην πλάτη του ασθενούς και μεταδίδονται στο cloud, όπου οι γιατροί μπορούν να τα αναλύουν σε πραγματικό χρόνο. Έτσι, μπορούν να εντοπίζουν έγκαιρα τυχόν επιπλοκές και να παρεμβαίνουν προτού αυτές εξελιχθούν.
Η ομάδα αξιοποιεί επίσης γενετική τεχνητή νοημοσύνη (Generative AI) για να προσαρμόζει τον σχεδιασμό του εμφυτεύματος σε κάθε ασθενή. Η ομάδα έχει ήδη πραγματοποιήσει εργαστηριακές δοκιμές in vitro, επιβεβαιώνοντας ότι το εμφύτευμα λειτουργεί σωστά. Με τη νέα χρηματοδότηση που έλαβε από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας (NIH), η ομάδα περνά στο επόμενο στάδιο της έρευνας, που περιλαμβάνει δοκιμές σε ζώα.
«Αν αποδειχθούν επιτυχείς, το επόμενο βήμα θα είναι οι κλινικές δοκιμές σε ανθρώπους», δήλωσε ο ερευνητής.
«Συνδυάζοντας την κλινική εμπειρία με την πειραματική έρευνα, έχουμε περισσότερες πιθανότητες να μεταφέρουμε αυτή την τεχνολογία από το εργαστήριο στους ασθενείς», πρόσθεσε.
ΠΗΓΗ: Interesting Engineering
