Implantatie van een stentachtige stroomomleider kan een optie bieden voor minder invasieve behandeling van hersenaneurysma's - uitstulpingen in bloedvaten - maar de procedure vereist frequente monitoring terwijl de bloedvaten genezen. Nutsvoorzieningen, een multi-universitair onderzoeksteam heeft proof-of-concept aangetoond voor een zeer flexibele en rekbare sensor die kan worden geïntegreerd met de flow-omleider om de hemodynamiek in een bloedvat te bewaken zonder dure diagnostische procedures.

de voeler, die capaciteitsveranderingen gebruikt om de bloedstroom te meten, zou de behoefte aan testen om de stroom door de omleider te controleren kunnen verminderen. onderzoekers, geleid door Georgia Tech, hebben aangetoond dat de sensor de vloeistofstroom in de bloedvaten van dieren in vitro nauwkeurig meet, en werken aan de volgende uitdaging:draadloze bediening die in vivo testen mogelijk zou kunnen maken.

Het onderzoek werd op 18 juli gerapporteerd in het tijdschrift ACS Nano en werd ondersteund door meerdere subsidies van Georgia Tech's Institute for Electronics and Nanotechnology, de Universiteit van Pittsburgh en het Korea Institute of Materials Science.

"Het nanogestructureerde sensorsysteem kan voordelen bieden voor patiënten, inclusief een minder invasieve aneurysmabehandeling en een actieve monitoringmogelijkheid, " zei Woon-Hong Yeo, een assistent-professor in Georgia Tech's George W. Woodruff School of Mechanical Engineering en Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering. "Het geïntegreerde systeem zou actieve monitoring van de hemodynamiek na een operatie kunnen bieden, waardoor de arts een kwantitatieve meting kan uitvoeren van hoe goed de stroomomleider in de behandeling werkt."

Cerebrale aneurysma's komen voor bij maximaal vijf procent van de bevolking, waarbij elk aneurysma een risico van één procent per jaar op scheuren met zich meebrengt, merkte Youngjae Chun op, een universitair hoofddocent aan de Swanson School of Engineering aan de Universiteit van Pittsburgh. Een ruptuur van een aneurysma veroorzaakt de dood bij maximaal de helft van de getroffen patiënten.

Endovasculaire therapie met platinaspiralen om de aneurysmazak te vullen, is de standaardbehandeling geworden voor de meeste aneurysma's, maar recentelijk is er een nieuwe endovasculaire benadering - een stroomomleider - ontwikkeld om cerebrale aneurysma's te behandelen. Omleiding van de stroom omvat het plaatsen van een poreuze stent over de hals van een aneurysma om de stroom weg te leiden van de zak, het genereren van lokale bloedstolsels in de zak.

"We hebben een zeer rekbare, hyperelastische stroomomleider met behulp van een zeer poreuze dunne film nitinol, " legde Chun uit. "Geen van de bestaande stroomomleiders, echter, kwantitatief, real-time monitoring van hemodynamiek in de zak van cerebraal aneurysma. Door de samenwerking met de groep van Dr. Yeo bij Georgia Tech, we hebben een slim flow-diverter-systeem ontwikkeld dat de flowveranderingen tijdens en na de operatie actief kan monitoren."

Het repareren van de beschadigde slagader duurt maanden of zelfs jaren, waarbij de stroomomleider moet worden bewaakt met behulp van MRI- en angiogramtechnologie, wat kostbaar is en waarbij een magnetische kleurstof in de bloedstroom wordt geïnjecteerd. Yeo en zijn collega's hopen dat hun sensor eenvoudigere bewaking in een spreekkamer kan bieden met behulp van een draadloze inductieve spoel om elektromagnetische energie door de sensor te sturen. Door te meten hoe de resonantiefrequentie van de energie verandert als het door de sensor gaat, het systeem kan veranderingen in de bloedstroom in de zak meten.

"We proberen een batterijloze, draadloos apparaat dat extreem rekbaar en flexibel is en voldoende kan worden geminiaturiseerd om door de kleine en complexe bloedvaten van de hersenen te worden geleid en vervolgens zonder schade te worden ingezet, " zei Yeo. "Het is een hele uitdaging om zo'n elektronisch systeem in de smalle en voorgevormde bloedvaten van de hersenen te plaatsen."

De sensor maakt gebruik van een micromembraan gemaakt van twee metalen lagen die een diëlektrisch materiaal omringen, en wikkelt zich om de stroomonderbreker. Het apparaat is slechts een paar honderd nanometer dik, en wordt geproduceerd met behulp van nanofabricage en materiaaloverdrachtsdruktechnieken, ingekapseld in een zacht elastomeer materiaal.

"Het membraan wordt afgebogen door de stroom door de omleider, en afhankelijk van de sterkte van de stroming, het snelheidsverschil, de hoeveelheid doorbuiging verandert, " legde Yeo uit. "We meten de hoeveelheid doorbuiging op basis van de capaciteitsverandering, omdat de capaciteit omgekeerd evenredig is met de afstand tussen twee metalen lagen."

Omdat de bloedvaten van de hersenen zo klein zijn, de stroomomleiders mogen niet meer dan vijf tot tien millimeter lang en enkele millimeters in diameter zijn. Dat sluit het gebruik van conventionele sensoren met stijve en omvangrijke elektronische circuits uit.

"Het is op dit moment vrijwel onmogelijk om functionele materialen en circuits in iets van die grootte te stoppen, "Zei Yeo. "Wat we doen is zeer uitdagend op basis van conventionele materialen en ontwerpstrategieën."

De onderzoekers testten drie materialen voor hun sensoren:goud, magnesium en de nikkel-titaniumlegering die bekend staat als nitinol. Alles kan veilig in het lichaam worden gebruikt, maar magnesium biedt het potentieel om in de bloedbaan te worden opgelost nadat het niet langer nodig is.

De proof-of-principle-sensor was tijdens de in-vitrotests aangesloten op een voerdraad, maar Yeo en zijn collega's werken nu aan een draadloze versie die kan worden geïmplanteerd in een levend diermodel. Terwijl implanteerbare sensoren klinisch worden gebruikt om abdominale bloedvaten te controleren, toepassing in de hersenen zorgt voor grote uitdagingen.

"De sensor moet volledig worden samengedrukt voor plaatsing, dus het moet in staat zijn om 300 of 400 procent uit te rekken, " zei Yeo. "De sensorstructuur moet in staat zijn om dat soort handelingen te doorstaan, terwijl ze aanpasbaar zijn en buigen om in het bloedvat te passen."