En ny enhet utvecklad av forskare vid Stanford University kan göra det lättare för läkare att övervaka framgången med blodkärlskirurgi. Sensorn, detaljerad i en tidning publicerad 8 januari in Nature Biomedicinsk teknik , övervakar blodflödet genom en artär. Det är biologiskt nedbrytbart, batterifri och trådlös, så det är kompakt och behöver inte tas bort och det kan varna en patients läkare om det finns en blockering.

"Mätning av blodflöde är avgörande i många medicinska specialiteter, så en trådlös biologiskt nedbrytbar sensor kan påverka flera fält inklusive kärl, transplantation, rekonstruktiv och hjärtkirurgi, sa Paige Fox, biträdande professor i kirurgi och medförfattare till tidningen. "När vi försöker ta hand om patienter i hela Bay Area, Central Valley, Kalifornien och bortom, det här är en teknik som gör att vi kan utöka vår vård utan att behöva besöka ansikte mot ansikte eller testa."

Att övervaka framgången med operation på blodkärl är utmanande eftersom det första tecknet på problem ofta kommer för sent. Vid den tiden, patienten behöver ofta ytterligare operation som medför risker som liknar den ursprungliga proceduren. Den här nya sensorn kan låta läkare hålla koll på ett läkande kärl på avstånd, skapa möjligheter för tidigare insatser.

Flöde eller inte

Sensorn sveper tätt runt läkningskärlet, där blod som pulserar förbi trycker på dess inre yta. När formen på den ytan förändras, det ändrar sensorns kapacitet att lagra elektrisk laddning, som läkare kan upptäcka på distans från en enhet som är placerad nära huden men utanför kroppen. Den enheten efterlyser en avläsning genom att pinga sensorns antenn, liknande en ID-kortskanner. I framtiden, denna enhet kan komma i form av ett stick-on-plåster eller integreras i annan teknik, som en bärbar enhet eller smartphone.

Forskarna testade först sensorn i en artificiell miljö där de pumpade luft genom ett artärstort rör för att efterlikna pulserande blodflöde. Kirurg Yukitoshi Kaizawa, en före detta postdoktor vid Stanford och medförfattare till tidningen, implanterade även sensorn runt en artär hos en råtta. Även i så liten skala, sensorn rapporterade framgångsrikt blodflöde till den trådlösa läsaren. Vid denna tidpunkt, de var bara intresserade av att upptäcka fullständiga blockeringar, men de såg indikationer på att framtida versioner av denna sensor kunde identifiera finare fluktuationer i blodflödet.

Sensorn är en trådlös version av teknik som kemiingenjören Zhenan Bao har utvecklat för att ge proteser en delikat känsel.

"Den här har en historia, "sa Bao, K. K. Lee-professorn vid teknikhögskolan och medförfattare till tidningen. "Vi har alltid varit intresserade av hur vi kan använda den här typen av sensorer i medicinska tillämpningar men det tog ett tag att hitta rätt passform."

Forskarna var tvungna att modifiera sina befintliga sensormaterial för att göra den känslig för pulserande blod men tillräckligt stel för att hålla sin form. De var också tvungna att flytta antennen till en plats där den skulle vara säker, inte påverkas av pulseringen, och designa om kondensatorn så att den kan placeras runt en artär.

"Det var ett mycket krävande projekt och krävde många omgångar av experiment och omdesign, sa Levent Beker, medförfattare till uppsatsen och en postdoktor i Bao-labbet. "Jag har alltid varit intresserad av medicinska tillämpningar och implantatapplikationer och detta kan öppna upp många möjligheter för övervakning eller telemedicin för många kirurgiska operationer."

Att skapa kopplingar

Idén om en artärsensor började ta form när före detta postdoktor Clementine Boutry från Bao-labbet nådde ut till Anaïs Legrand, som var postdoktor i Fox-labbet, och kopplade ihop dessa grupper – tillsammans med James Changs labb, Johnson och Johnson professorn i kirurgi.

När de väl har siktet inställt på den biologiskt nedbrytbara blodflödesmätaren, samarbetet vann en Postdocs 2017 vid Interface seed grant från Stanford ChEM-H, som stöder postdoktorala forskningssamarbeten som utforskar potentiellt transformativa nya idéer.

"Vi båda värderar våra postdoktorer men förutsåg inte det verkliga värdet detta möte skulle ha för ett långsiktigt produktivt partnerskap, sa Fox.

Forskarna hittar nu det bästa sättet att fästa sensorerna på kärlen och förfina deras känslighet. De ser också fram emot vilka andra idéer som kommer när intresset växer inom detta tvärvetenskapliga område.

"Att använda sensorer för att låta en patient upptäcka problem tidigt har blivit en trend för precisionshälsa, ", sa Bao. "Det kommer att kräva folk från ingenjörer, från läkarutbildningen och datamänniskor till att verkligen arbeta tillsammans, och problemen de kan ta itu med är väldigt spännande."