Un autocolant cu ultrasunete poate detecta modificarea rigidităţii organelor interne şi ar putea ajuta la identificarea semnelor timpurii ale insuficienţei hepatice acute.
Inginerii de la MIT au dezvoltat un mic autocolant cu ultrasunete care poate monitoriza rigiditatea organelor din interiorul corpului.
Autocolantul, de mărimea unui timbru poştal, poate fi purtat pe piele şi este conceput pentru a detecta semne de boală, cum ar fi insuficienţa hepatică şi renală şi evoluţia tumorilor solide.
Într-un studiu cu acces liber apărut recent în revista Science Advances, echipa MIT raportează că senzorul poate trimite unde sonore prin piele şi în corp; undele se reflectă în organele interne şi se întorc pe autocolant. Modelul undelor reflectate poate fi citit ca o semnătură a rigidităţii organelor, pe care autocolantul o poate măsura şi urmări.
„Atunci când unele organe suferă de boli, acestea se pot rigidiza în timp", spune autorul principal al lucrării, Xuanhe Zhao, profesor de inginerie mecanică la MIT.
„Cu acest autocolant portabil, putem monitoriza continuu schimbările de rigiditate pe perioade lungi de timp, ceea ce poate fi de o importanţă cheie pentru diagnosticarea timpurie a insuficienţei organelor interne", explică specialistul MIT.
Echipa a demonstrat că autocolantul poate monitoriza continuu rigiditatea organelor pe parcursul a 48 de ore şi poate detecta schimbări subtile care ar putea semnala evoluţia unor boli.
În experimentele preliminare, cercetătorii au constatat că senzorul autocolant poate detecta semnele timpurii ale insuficienţei hepatice acute la şobolani.
Inginerii lucrează la adaptarea designului pentru a fi utilizat la oameni.
Ei preconizează că autocolantul ar putea fi utilizat în unităţile de terapie intensivă (ICU/ATI), unde senzorii cu profil redus ar putea monitoriza în permanenţă pacienţii care se recuperează în urma unui transplant de organe.
„Imediat după un transplant de ficat sau de rinichi, am putea lipi acest autocolant pe un pacient pentru a observa cum se schimbă rigiditatea organului de la o zi la alta", spune autorul principal Hsiao-Chuan Liu.
Potrivit acestuia, în cazul în care există un diagnostic timpuriu de insuficienţă hepatică acută, medicii pot lua imediat măsuri în loc să aştepte până când afecţiunea devine gravă.
La fel ca muşchii din organism, ţesuturile şi organele din corp se rigidizează pe măsură ce îmbătrânim.
În cazul anumitor boli, rigidizarea organelor poate deveni mai pronunţată, semnalând un potenţial declin precipitat al sănătăţii.
În prezent, clinicienii dispun de modalităţi de a măsura rigiditatea unor organe precum rinichii şi ficatul, folosind elastografia cu ultrasunete - o tehnică similară cu imagistica cu ultrasunete, în care un tehnician manipulează o sondă sau o baghetă portabilă pe piele.
Sonda trimite unde sonore prin corp, ceea ce face ca organele interne să vibreze uşor şi să emită unde. Sonda detectează vibraţiile induse de un organ, iar modelul vibraţiilor poate fi tradus în cât de şubred sau rigid este organul.
Elastografia cu ultrasunete este utilizată de obicei în secţia de terapie intensivă pentru a monitoriza pacienţii care au suferit recent un transplant de organe.
Tehnicienii verifică periodic un pacient la scurt timp după operaţie pentru a verifica rapid noul organ şi pentru a căuta semne de rigidizare şi de potenţială insuficienţă acută sau respingere.
„După transplantul de organe, primele 72 de ore sunt cele mai cruciale în ICU", spune un alt autor principal, Qifa Zhou, profesor la USC (Universitatea Sudică din California), care a colaborat la priect.
„Cu ultrasunetele tradiţionale, trebuie să ţineţi o sondă pe corp. Dar nu poţi face acest lucru în mod continuu pe termen lung. Medicii ar putea rata un moment crucial şi să realizeze prea târziu că organul cedează", explică el.
Echipa şi-a propus să realizeze o alternativă continuă şi mai uşor de purtat. Soluţia lor a fost transpusă în acest autocolant cu ultrasunete, pe care l-au dezvoltat anterior, pentru a obţine imagini ale ţesuturilor şi organelor profunde.
„Autocolantul nostru pentru imagistică prelua undele longitudinale, în timp ce de data asta am vrut să preluăm undele transversale (de forfecare), care să indice rigiditatea organului", explică Zhao.
Sondele de elastrografie cu ultrasunete existente măsoară undele de forfecare, sau vibraţiile unui organ ca răspuns la impulsurile sonice.
Cu cât o undă de forfecare se deplasează mai repede în organ, cu atât se interpretează că organul este mai rigid. Gândiţi-vă la ricoşeul unui balon de apă în comparaţie cu o minge de fotbal.
Echipa a căutat să miniaturizeze elastografia cu ultrasunete pentru a încăpea pe un autocolant de mărimea unui timbru.
De asemenea, cei de la MIT au urmărit să păstreze aceeaşi sensibilitate a sondelor portabile din comerţ, care în mod obişnuit încorporează aproximativ 128 de transductoare piezoelectrice, fiecare dintre acestea transformând un câmp electric de intrare în unde sonore de ieşire.
„Am folosit tehnici avansate de fabricare pentru a tăia transductoare mici din materiale piezoelectrice de înaltă calitate care ne-au permis să proiectăm autocolante cu ultrasunete miniaturizate", spune Zhou.
Cercetătorii au fabricat cu precizie 128 de transductoare miniaturale pe care le-au încorporat pe un cip de 25 de milimetri pătraţi.
Ei au căptuşit partea inferioară a cipului cu un adeziv realizat din hidrogel - un material lipicios şi elastic care este un amestec de apă şi polimer, ce permite undelor sonore să intre şi să iasă din dispozitiv aproape fără pierderi.
În cadrul experimentelor preliminare, echipa a testat autocolantul de detectare a rigidităţii la şobolani. Ei au constatat că autocolantele au fost capabile să facă măsurători continue ale rigidităţii ficatului timp de 48 de ore.
Din datele colectate de autocolant, cercetătorii au observat semne clare şi timpurii de insuficienţă hepatică acută, pe care le-au confirmat ulterior cu probe de ţesut.
„Odată ce ficatul intră în insuficienţă, organul îşi va creşte rigiditatea de mai multe ori", notează Liu.
„Poţi trece de la un ficat sănătos la fel de şubred ca un ou fiert moale, la un ficat bolnav care seamănă mai mult cu un ou fiert tare", spune el.
Potrivit cercetătorului, autocolantul poate sesiza aceste diferenţe adânc în interiorul corpului şi poate oferi o alertă atunci când apare insuficienţa organului.
Echipa colaborează cu clinicienii pentru a adapta autocolantul cu scopul de a fi utilizat la pacienţii care se recuperează în urma unui transplant de organe în terapie intensivă.
În acest scenariu, ei nu anticipează prea multe schimbări la designul actual al autocolantului, deoarece acesta poate fi lipit de pielea pacientului, iar toate undele sonore pe care le trimite şi le primeşte pot fi transmise şi colectate de electronicele care se conectează la autocolant, similar cu electrozii şi aparatele EKG din cabinetul medicilor.
Cercetătorii speră, de asemenea, să transforme autocolantul într-o versiune mai portabilă, în care toate componentele electronice şi de procesare care îl însoţesc să fie miniaturizate pentru a încăpea într-un plasture puţin mai mare.
Ei preconizează că autocolantul ar putea fi purtat de pacienţi la domiciliu, pentru a monitoriza în mod continuu condiţiile pe perioade mai lungi, cum ar fi evoluţia tumorilor solide, despre care se ştie că se întăresc odată cu severitatea.
„Credem că aceasta este o platformă tehnologică care salvează vieţi", spune Zhao.
În viitor, spun cercetătorii de la MIT, oamenii pot purta câteva autocolante pe corpul lor pentru a măsura mai multe semnale vitale, precum şi pentru a obţine imagini şi a urmări starea de sănătate a principalelor organe din corp.
Foto: Inginerii de la MIT au proiectat un plasture adeziv care produce imagini cu ultrasunete ale corpului. Dispozitivul, de mărimea unui timbru, se lipeşte de piele şi poate oferi imagini cu ultrasunete continue ale organelor interne timp de 48 de ore. Credit: Felice Frankel
