Имплантируемое устройство с автономным питанием стимулирует быстрое заживление костей, после чего бесследно исчезает

В 2017 году защитник Green Bay Packers Аарон Роджерс сломал правую ключицу в игре против Minnesota Vikings. Как правило, для полного заживления ключицы требуется около 12 недель, но к середине декабря фанаты и комментаторы надеялись, что трехкратный MVP сможет быстро выздороветь и спасти проигранный сезон.

Так же поступил Сюйдун Ван, профессор материаловедения и инженерии Университета Висконсин-Мэдисон и эксперт по созданию тонких медицинских устройств с приводом от движения . «Я начал задаваться вопросом, можем ли мы предоставить новое решение, чтобы вернуть спортсменов на поле быстрее, чем когда-либо, — говорит Ван.

Исследователи знают, что электричество может помочь ускорить заживление костей, но «заживление» переломов никогда не прижилось, поскольку требует хирургической имплантации и удаления электродов, питаемых от внешнего источника.

Последнее изобретение Ванга, крупное обновление той же самой концепции электростимуляции, не пришло вовремя, чтобы помочь пакерам 2017 года, однако оно может помочь многим другим, сделав электростимуляцию гораздо более удобным вариантом для ускорения заживления костей .

Его тонкое гибкое устройство имеет автономное питание, имплантируется и рассасывается, поэтому, когда кость снова срастается, компоненты устройства растворяются в теле.

Ван и его сотрудники, в том числе Вейбо Цай, профессор радиологии и медицинской физики из Университета штата Мэдисон, описали новое устройство сегодня (5 июля 2021 г.) в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences .

Кость — это пьезоэлектрический материал, что означает, что она производит небольшое количество электричества, когда находится под действием напряжения. Эти электрические разряды стимулируют факторы, способствующие росту и заживлению костей, поэтому электростимуляция является эффективной терапией.

Хотя существуют внешние стимуляторы, которые создают электрическое поле для косвенного ускорения заживления, идеальным решением является прямая стимуляция кости. Однако размещение устройства внутри тела предъявляет особые требования, и не последним из них, по словам Ванга, является его питание.

«В идеальном случае устройство должно быть самогенерирующимся, чего раньше не существовало», — говорит он.

Чтобы создать новое устройство для электростимуляции разрушения, или FED, Ван и его команда начали с трибоэлектрического наногенератора, тонкопленочного устройства с микроструктурированными поверхностями, которое преобразует механическую энергию, производимую крошечными движениями, в электрическую . Они соединили наногенератор с парой электродов для распределения электрического поля по кости. Они создали эти ультратонкие, биоразлагаемые и биорезорбируемые компоненты на подложке из сополимера молочной и гликолевой кислоты, широко используемого биосовместимого полимера, одобренного FDA.