Крошечный датчик, который даже на кончике пальца кажется большим, способен изменить ситуацию с обнаружением признаков отторжения при трансплантации почки. Учёные из Северо-Западного университета создали устройство, которое способно обнаружить признаки отторжения почки на три недели раньше, чем любой известный науке метод мониторинга.
Несмотря на то, что человеческому организму свойственно отторгать орган даже спустя годы после трансплантации, предоставление пациенту и врачам как можно большего времени для вмешательства может предотвратить трудный и долгий процесс повторной трансплантации (если это вообще будет возможно) и дать возможность сразу же восстановить гомеостаз. И хотя сейчас идёт активный поиск лучшего источника донорских почек, этот процесс идёт медленно.
В настоящее время в США очередь на получение новой почки составляет от трёх до пяти лет.
Поэтому, естественно, возможность постоянно следить за состоянием здоровья новой драгоценной почки стала бы судьбоносной для пациентов.
Новое устройство для мониторинга размером всего 0,3 х 0,7 см и толщиной 220 мкм предназначено для размещения на почке, под слоем фиброзной почечной капсулы, которая окружает и защищает этот орган. Мягкий имплантат обнаруживает изменения температуры, связанные с воспалением и другими реакциями, характерными для раннего отторжения. При обнаружении изменений сигнал тревоги передаётся по беспроводной связи на находящийся рядом смартфон или планшет.
Поскольку отторжение часто начинается беcсимптомно, это устройство может помочь предупредить пациента о критических изменениях, которые происходят при отсутствии заметных изменений в организме. И, как следствие, оно может обеспечить жизненно важное спокойствие для тех, чья жизнь зависит от успеха трансплантации.
«Я обратил внимание, что большинство моих пациентов ощущают постоянную тревожность, не зная, отторгает ли их организм пересаженный орган или нет», - говорит клинический руководитель исследования доктор Лоренцо Галлон, нефролог-трансплантолог из Northwestern Medicine. «Люди чаще всего годами ждут трансплантации и, наконец, получают её от родственника или умершего донора. Затем они проводят остаток жизни, беспокоясь о здоровье этого органа. Наше новое устройство может обеспечить определённую защиту, а постоянный мониторинг – уверенность».
В США более 250 000 человек живут с почкой, которая им не досталась от рождения, и сама трансплантация - это лишь одна из важных, но небольших частей пути. В настоящее время здоровье органа контролируется с помощью анализов крови, отслеживающих уровень креатинина и азота мочевины в крови, однако эти показатели могут колебаться по не связанным с ними причинам и приводить к ложноотрицательным и положительным результатам.
Биопсия, которая предполагает введение длинной иглы для забора ткани из органа, является инвазивной процедурой и сопряжена с повышенным риском кровотечения, инфекции и повреждения близлежащих тканей.
«Время выполнения может быть довольно длительным, к тому же проведение анализов ограничено по частоте мониторинга», - говорит Галлон. «Результаты могут быть получены только через четыре-пять дней. Такое количество времени может оказаться решающими для принятия своевременного решения о лечении пациента».
В поисках альтернативы северо-западные исследователи остановились на температуре как ключевом биомаркере начального отторжения трансплантата. Повышение температуры обычно сопровождает воспаление, что учёные и наблюдали в случае с подопытными мышами. Скачки температуры всего на 0,6 градусов Цельсия были точными «красными флажками», предупреждающими о надвигающемся отторжении органа.
«В нормальных условиях температура органов колеблется в течение суточного цикла», - говорит первый автор исследования Сурабхи Мадхвапати (Surabhi Madhvapathy), аспирант Северо-Западного университета. «В случаях отторжения трансплантата мы наблюдали аномальные колебания температуры с более высокой частотой, происходящие в течение восьми и двенадцати часов».
Прибор оснащён высокочувствительным термометром, который может обнаруживать крошечные изменения локальные температуры почки. Он также может измерять кровоток (однако температура оказалась более эффективной системой раннего предупреждения).
Датчик соединён с небольшим набором электроники, который располагается рядом с органом; питание устройства осуществляется от батареи, а передача данных на близлежащие внешние устройства осуществляется с помощью Bluetooth.
«Все электронные компоненты заключены в мягкий, биосовместимый пластик, который гибко прилегает к нежным тканям почки», - говорит Мадхвапати. «Хирургическая установка всей системы, которая по размеру меньше монеты, - это быстрая и лёгкая процедура».
Фото: newatlas.com
Размещение устройства на органе под почечной капсулой позволяет ему оставаться на месте независимо от физической активности.
«Капсула поддерживает хороший тепловой контакт устройства с почечной оболочкой», - говорит Галлон. «Люди постоянно движутся, поэтому приходится иметь дело с большим количеством движений. Даже сама почка движется. К тому же это мягкая ткань, не имеющая хороших точек крепления. Весь процесс создания был сложнейшей инженерной задачей, но это устройство представляет собой мягкий, бесшовный интерфейс, позволяющий избежать риска повреждения органа».
Хотя эта первая в своём роде технология ещё нуждается в более масштабных исследованиях и испытаниях на людях, учёные уже работают над усовершенствованием конструкции, позволяющей подзаряжать аккумулятор, чтобы устройство могло работать всю жизнь. Исследователи также считают, что прибор может быть адаптирован для мониторинга других трансплантированных органов.
Один из учёных, участвовавших в проекте, доктор Хоакин Бриева, которому в сентябре 2022 года была пересажена почка, прекрасно понимает, как такое устройство, работающее в режиме реального времени, может повлиять на качество жизни пациентов.
«В течение двух дней после трансплантации моя функция почек пришла в норму», - говорит Бриева. «Затем начинаешь беспокоиться о возможном отторжения органа. Именно почему принимаешь такие мощные противоотторгающие препараты и стероиды. Человек ходит по натянутому канату, опасаясь инфекций, осложнений от лекарств, различных побочных эффектов и отторжения почки. С некоторыми из этих опасений можно справиться с помощью корректировки лекарственными препаратами, но отторжение почки по-прежнему широко распространено. Пересаженная почка очень ценна».
«Наличие такого прибора обнадёживает», - говорит он. «Он сможет уловить любые внезапные изменения в трансплантированной почке и обнаружить острое отторжение, которое в настоящее время не даёт никаких предупредительных сигналов».