Běžné sladidlo žvýkání dásní by mohlo nahradit toxické přísady v lékařských hydrogelech

Představte si, že ošetřujete chronickou nemoc ne s pilulky, ale s měkkými, flexibilními elektronickými implantáty hladce integrovanými do těla. Materiály pro takové implantáty již existují – potřebovali jen sladký dotek.

Elektronické implantáty se běžně používají k diagnostice a léčbě různých chorob a k obnovení ztracených motorických a smyslových funkcí. Vodivé hydrogely zvyšují implantátElektrická vodivost a flexibilita v těle, což zvyšuje celkovou účinnost elektronických implantátů. Tradiční elektricky vodivé hydrogely však obsahují toxické přísady, které mohou mít negativní dopady na pacienty po dlouhodobém používání.

V nedávné studii Publikováno v Pokroky vědyVědci vedení Dr. Limei Tian informovali o sladkém řešení tohoto problému: nahrazení těchto toxických přísad d-Sorbitolem, alternativou bezpečného cukru, která se běžně vyskytuje v žvýkačce.

„Jsme nadšeni potenciálem vytvářet bioelektronická zařízení, která fungují jako rozšíření těla – soft, bezpečné a integrované s přírodní tkáni,“ řekl Tian, ​​docent na Katedře biomedicínského inženýrství a BMEN Excelence Fellow na Texas A&M University. „Tato zařízení by mohla revoluci v léčbě neurologických poruch, ochrnutí a chronické bolesti, díky čemuž byly dlouhodobé implantáty životaschopnější a efektivnější.“

Vědci použili D-Sorbitol k vývoji měkkých, roztažitelných hydrogelů, které jsou vhodnější pro tělo než tuhé materiály. Mohou se přizpůsobit jemným tkáním, jako jsou nervy a svaly, což snižuje mechanický nesoulad a snižuje riziko odmítnutí imunitu.

Tento sladký nový materiál lze použít v široké škále nervových zařízení, včetně mozkových implantátů pro léčbu Parkinsonovy choroby a epilepsie a rozhraní nervů, aby pomohl obnovit pohyb u pacientů s poraněním míchy. Tyto hydrogely mají potenciál být použity v nositelných biosenzorech pro nepřetržité monitorování zdraví, elektronickou pokožku pro protetiku a měkkou robotiku s dotykovou citlivostí.

„Tento biokompatibilní materiál způsobuje, že elektronické implantáty bezpečnější pro tělo a výrazně zvyšují jejich elektronický výkon, čímž se připravuje cestu pro spolehlivější a dlouhodobé využití ve zdravotnických prostředcích,“ řekl MD Saifur Rahman, Ph.D. Student v Tianově laboratoři a primární autor této práce.

Výzvy při vytváření vodivého hydrogelu zahrnují biokompatibilitu a dlouhodobou stabilitu. Mnoho implantátů vyvolává nepříznivé imunitní odpovědi, které vedou k zjizvení tkáně a selhání zařízení. Materiály a zařízení musí zůstat funkční po celá léta – nadále po celý život – bez ponižování nebo poškození okolní tkáně.

Nahrazením toxických aditiv D-Sorbitolem budou mít hydrogely zvýšenou biokompatibilitu v důsledku sníženého rizika negativních imunitních odpovědí a odmítnutí zařízení.

„Naším cílem bylo vytvořit plně biokompatibilní materiál bez toxických přísad, které překonávají tradiční materiály jako platina. A ano: Naše hydrogelové elektrody prokázaly vyšší kapacitu pro ukládání a dodávání elektrického náboje než platina, což je klíčový rys pro efektivní nervovou stimulaci, “řekl Tian.

Tým testoval své nově vyvinuté hydrogely na potkanech s úspěšnými výsledky. Hydrogely vykazují mechanické a Chemické vlastnosti Srovnatelné s biologickými tkáněmi, což snižuje riziko nepříznivých imunitních reakcí u pacientů. Před testováním u lidí vědci plánují dále zdokonalovat vlastnosti hydrogelů a vyhodnotit jejich dlouhodobou stabilitu u velkých zvířecích modelů.

Výzkumný tým plánuje spolupracovat s klinickými lékaři a průmyslovými partnery na převedení tohoto materiálu do skutečného světa zdravotnické prostředky. Jejich konečným cílem je vytvořit nervová rozhraní nové generace, která zlepšují výsledky pacienta a posouvají hranice lékařské technologie.

Dr. Feng Zhao, profesor na Katedře biomedicínského inženýrství a Dr. Hangose ​​Park, pomocný profesor na Katedře elektrotechniky a počítačového inženýrství, spolupracoval na projektu.

Studie také zahrnovala spolupracovníky z Texas A&M College of Medicine a College of Veterinary Medicine a Biomedical Sciences. Dr. Michelle Hook, docentka na College of Medicine, a Dr. Yava Jones-Hall, docentka na College of Veterinary Medicine and Biomedical Sciences dále zkoumala hydrogely pro jejich použitelnost na lidskou i veterinární medicínu.

„Jsem veterinární patolog s certifikací na desce a analyzoval jsem histologické průřezy nervů,“ řekl Dr. Jones-Hall. „Zjistil jsem výrazně více zánětu v perineuronální tkáni s implantáty obsahujícími platinu než obklopující nervy s elektricky vodivou Hydrogel implantáty. Tyto výsledky podpořily závěry Dr. Tiana. “