Cel mai simplu mod de a monitoriza sănătatea rinichilor este prin măsurarea anumitor markeri din sânge precum creatinina şi al azotului ureic din sângele pacientului, cu ajutorul cărora medicii pot obţine informaţii despre funcţia renală. Dar nivelurile de creatinină şi de azot ureic din sânge pot fluctua din motive care nu au legătură cu respingerea organului, astfel încât urmărirea acestor biomarkeri nu este nici sensibilă, nici specifică, ceea ce duce uneori la rezultate fals negative sau pozitive.
Acum, o echipă de cercetători de la Universitatea Northwestern (NU) a dezvoltat primul dispozitiv electronic pentru monitorizarea continuă şi în timp real a stării de sănătate a organelor transplantate.
Aşezat direct pe un rinichi transplantat, implantul ultra-subţire şi moale poate detecta neregulile de temperatură asociate cu inflamaţia şi alte reacţii ale organismului care apar în cazul respingerii transplantului.
Apoi, acesta alertează pacientul sau medicul prin transmiterea fără fir a datelor către un smartphone sau o tabletă aflată în apropiere.
În cadrul unui nou studiu, cercetătorii au testat dispozitivul pe un model animal mic cu rinichi transplantaţi şi au constatat că dispozitivul a detectat semnele de avertizare ale respingerii cu până la trei săptămâni mai devreme decât metodele actuale de monitorizare.
Acest timp suplimentar ar putea permite medicilor să intervină mai devreme, îmbunătăţind rezultatele şi bunăstarea pacienţilor, şi sporind şansele de a păstra organele donate, care sunt din ce în ce mai preţioase din cauza cererii în creştere pe fondul unei crize de deficit de organe.
Studiul a fost publicat joi, 7 septembrie, în revista Science.
Respingerea poate apărea în orice moment după un transplant - imediat după transplant sau peste ani. Adesea este tăcută, iar pacienţii ar putea să nu aibă simptome, au declarat autorii studiului.
[ot-video][/ot-video]
Video: Surabhi Madhvapathy examinează senzorii în laborator. Credit: Universitatea Northwestern
„Am observat că mulţi dintre pacienţii mei simt o anxietate constantă - nu ştiu dacă organismul lor respinge sau nu organul transplantat", a declarat dr. Lorenzo Gallon, nefrolog specialist în transplant la Clinica Northwestern, care a condus partea clinică a studiului.
Este posibil ca un pacient să aştepte ani de zile pentru un transplant şi, în cele din urmă, să primeească unul de la o persoană apropiată sau de la un donator decedat.
Apoi, pacienţii îşi petrec restul vieţii îngrijorându-se de sănătatea acelui organ.
„Noul nostru dispozitiv ar putea oferi o anumită protecţie, iar monitorizarea continuă ar putea oferi reasigurare şi linişte sufletească pentru aceşti pacienţi", spune Madhvapathy.
Este esenţial să se identifice evenimentele de respingere imediat ce acestea se produc, spune John A. Rogers de la Northwestern, un pionier în domeniul bioelectronicii care a condus dezvoltarea dispozitivului,.
Dacă respingerea este detectată din timp, medicii pot administra terapii anti-rejecţie pentru a îmbunătăţi starea de sănătate a pacientului şi pentru a preveni pierderea organului donat, spune Rogers.
În cel mai rău caz, dacă respingerea este ignorată, aceasta ar putea pune viaţa în pericol.
„Cu cât se poate depista mai devreme respingerea şi se pot angaja terapii, cu atât mai bine. Am dezvoltat acest dispozitiv având în vedere acest lucru", spune specialistul.
Foto: Implantul minuscul de temperatură este moale, flexibil şi extensibil, adaptându-se la ţesuturile moi ale rinichiului. Credit: Universitatea Northwestern
Fiecare individ răspunde în mod diferit la terapia anti-rejecţie.
„Monitorizarea în timp real a stării de sănătate a organului transplantat al pacientului este un pas esenţial către o o medicină personalizată", spune Surabhi Madhvapathy, cercetător postdoctoral în laboratorul lui Rogers şi primul autor al lucrării.
Provocări actuale în materie de monitorizare
Pentru cele peste 250.000 de persoane din Statele Unite care trăiesc cu un rinichi transplantat, monitorizarea stării de sănătate a organului este continuă.
Cel mai simplu mod de a monitoriza sănătatea rinichilor este prin măsurarea anumitor markeri din sânge.
Urmărind nivelul creatininei şi al azotului ureic din sânge al pacientului, medicii pot obţine informaţii despre funcţia renală.
Dar nivelurile de creatinină şi de azot ureic din sânge pot fluctua din motive care nu au legătură cu respingerea organului, astfel încât urmărirea acestor biomarkeri nu este nici sensibilă, nici specifică, ceea ce duce uneori la rezultate fals negative sau pozitive.
Actualul „standard de aur" pentru detectarea respingerii este biopsia, în cadrul căreia un medic foloseşte un ac lung pentru a extrage o mostră de ţesut din organul transplantat şi apoi analizează mostra pentru a detecta semne de respingere iminentă.
Dar procedurile invazive precum biopsiile prezintă riscuri de complicaţii multiple, inclusiv sângerări, infecţii, durere şi chiar deteriorarea involuntară a ţesuturilor din apropiere.
De asemenea, tmpul de execuţie poate fi destul de lung.
Ar putea dura patru sau cinci zile pentru a primi rezultatele înapoi. Iar aceste patru sau cinci zile ar putea fi cruciale pentru a lua o decizie în timp util pentru îngrijirea pacientului, spun specialiştii.
Sincronizare şi temperatură
Noul implant bioelectronic al Northwestern, în schimb, monitorizează ceva mult mai simplu şi mai fiabil: temperatura.
Deoarece creşterile de temperatură însoţesc de obicei inflamaţia, cercetătorii au emis ipoteza că detectarea creşterilor anormale de temperatură şi a variaţiilor neobişnuite ale temperaturii ar putea oferi un semnal de avertizare timpurie pentru un potenţial respingere a transplantului.
Studiul pe animale a confirmat exact acest lucru. În cadrul studiului, cercetătorii au observat că temperatura locală a unui rinichi transplantat creşte - uneori cu până la 0,6° Celsius - înainte de evenimentele de respingere.
Foto: Senzorul este însoţit de componente electronice miniaturale. Electronicele includ o baterie minusculă de tip monedă şi comunicaţii Bluetooth. Credit: Universitatea Northwestern
La animalele fără medicamente imunosupresoare, temperatura a crescut cu două sau trei zile înainte ca biomarkerii să se modifice în probele de sânge.
La animalele care au luat medicamente imunosupresoare, temperatura nu numai că a crescut, dar a prezentat şi variaţii suplimentare cu până la trei săptămâni înainte de creşterea creatininei şi a azotului ureic din sânge.
„Temperatura organelor fluctuează pe parcursul unui ciclu zilnic în condiţii normale", a declarat Madhvapathy.
Cercetătorii au observat variaţii anormale de temperatură cu frecvenţă mai mare care apar pe perioade de opt şi 12 ore în cazurile de respingere a transplantului.
„Leziunile histologice apar chiar şi atunci când creatinina este normală. Chiar dacă funcţia renală pare normală, semnele de respingere în sânge ar putea întârzia cu câteva zile", a explicat dr. Gallon, care este şi profesor de nefrologie, hipertensiune şi transplant de organe la facultatea de medicină Feinberg, de la NU.
Noul dispozitiv nu numai că detectează semnele de respingere mai devreme decât alte metode, dar oferă şi o monitorizare continuă, în timp real.
Imediat după operaţiile de transplant, pacienţii ar putea face analize de sânge mai mult de o dată pe săptămână.
Dar, în timp, analizele de sânge devin mai puţin frecvente, pacienţi neştiind care este starea organului lor nou-primit săptămâni întregi.
Despre dispozitiv
Senzorul în sine este minuscul. Cu o lăţime de doar 0,3 centimetri, o lungime de 0,7 centimetri şi o grosime de 220 de microni, este mai mic decât unghia degetul mic şi are aproximativ lăţimea unui fir de păr.
Pentru a-l fixa pe rinichi, echipa a profitat de biologia naturală a organului.
Întregul rinichi este încapsulat de un strat fibros, numit capsulă renală, care protejează organul de deteriorări.
Echipa a proiectat senzorul pentru a se potrivi chiar sub stratul capsulei renale, unde se sprijină perfect pe rinichi.
Astfel, capsula renală menţine dispozitivul în contact termic bun cu rinichiul de bază
„Organele se mişcă, aşa că există o mulţime de mişcări cu care trebuie să ne confruntăm. Chiar şi rinichiul însuşi se mişcă. Şi este un ţesut moale, fără puncte de ancorare bune pentru suturi. Acestea au fost provocări inginereşti descurajante, dar acest dispozitiv este o interfaţă delicată, fără cusur, care evită riscul de a deteriora organul", explică Rogers.
Foto: Imagine microscopică a senzorului termic. Credit: Surabhi Madhvapathy, Northwestern University
Dispozitivul conţine un termometru extrem de sensibil, care poate detecta variaţii de temperatură incredibil de mici (0,004° Celsius) pe rinichi - şi numai pe rinichi. Senzorul măsoară, de asemenea, fluxul sanguin, deşi cercetătorii au constatat că temperatura este un indicator mai bun al respingerii organului.
Senzorii sunt apoi conectaţi la un pachet mic de electronice - inclusiv o baterie miniaturală de celule de monedă pentru alimentare - care se află lângă rinichi şi utilizează tehnologia Bluetooth pentru a transmite datele în mod continuu şi fără fir către dispozitive externe.
Toate componentele electronice sunt învelite într-un plastic moale, biocompatibil, care este delicat şi flexibil faţă de ţesuturile delicate ale rinichiului, explică specialiştii.
Introducerea chirurgicală a întregului sistem, care este mai mic decât o monedă de 25 de cenţi, este o procedură rapidă şi uşoară, spun ei.
„Ne imaginăm că un chirurg ar putea implanta dispozitivul imediat după operaţia de transplant, în timp ce pacientul se află încă în sala de operaţie", spune Rogers.
Apoi, acesta poate monitoriza rinichiul fără a fi nevoie de proceduri suplimentare.
Ce urmează?
După succesul studiului pe animale mici, cercetătorii testează acum sistemul pe un model animal mai mare.
Echipa evaluează, de asemenea, modalităţile de reîncărcare a bateriei astfel încât aceasta să poată dura o viaţă întreagă.
Deşi studiile primare au fost efectuate cu transplanturi de rinichi, cercetătorii presupun că ar putea funcţiona şi pentru alte transplanturi de organe, inclusiv ficat şi plămâni, precum şi la alte modele de boli.
(Foto articol: Întregul sistem electronic implantabil este mai mic decât o monedă 25 de cenţi americani Credit: Joanna Ciatti/Northwestern University).
