A kutatók olyan biológiailag lebomló, vezeték nélküli érzékelőket fejlesztettek ki, amelyek invazív műtét nélkül képesek megfigyelni az agyban fejsérülést vagy rákkezelést követően bekövetkező változásokat. Patkányokban és sertésekben a lágy érzékelők a koponyacsont alá történő befecskendezés után akár egy hónapig is ugyanolyan jól működtek, mint a hagyományos vezetékes érzékelők.

A gélalapú érzékelők kulcsfontosságú egészségügyi markereket, többek között a hőmérsékletet, a pH-t és a nyomást mérik. „Nagyon valószínű, hogy ez a technológia hasznos lesz az emberek számára az orvosi környezetben” – mondja az eredményekről beszámoló tanulmány társszerzője, Yueying Yang, a Huazong Tudományos és Műszaki Egyetem (HUST) biomérnöke. Az eredményeket a szerzők ma tették közzé a Nature című szaklapban.

A szakértők évek óta fejlesztenek a koponyába beültethető agyi érzékelőket, a legtöbb ilyen eszköz azonban egyelőre vezetékek segítségével továbbítja az adatokat a klinikusoknak. A drótokat nehéz behelyezni és eltávolítani, és a bőrön át utat nyitnak a vírusok és baktériumok számára a szervezetbe. A vezeték nélküli érzékelők megoldást kínálnak erre a problémára, de korlátozott kommunikációs hatótávolságuk és viszonylag nagy méretük akadályozza alkalmazásukat.

E kihívások leküzdésére Yang és kollégái 2 milliméteres, kocka alakú érzékelőket hoztak létre hidrogélből, egy puha, rugalmas anyagból, amelyet egyre gyakrabban használnak a szövetregenerációban és a gyógyszeradagolásban. A gélszenzorok különböző hőmérsékleten, nyomáson és pH-értékek mellett változtatják alakjukat, és reagálnak az agyi véráramlás változásai által okozott rezgésekre is. Amikor az érzékelőket a koponya alá ültetik és ultrahangos szondával – egy olyan eszközzel, amelyet a klinikákon már használnak az emberi agy képalkotására – letapogatják, ezek a változások a koponyán áthaladó ultrahanghullámok által érzékelhetők. Az apró gélkockák a laborban körülbelül négy hónap elteltével teljesen feloldódtak sóoldatban, az agyban pedig öt hét után kezdtek lebomlani.

A kutatók megerősítették, hogy a gél nem volt káros vagy mérgező a sejtkultúrákban. Ezután tűvel 5 milliméterrel a patkányok koponyacsontja alá fecskendezték, majd ultrahangszondákat erősítettek a fejükre. Az összehasonlítás kedvéért olyan vezetékes szenzorokat is beültettek, amilyeneket jelenleg a klinikákon használnak az agyon belüli változások nyomon követésére.

A gélek teszteléséhez a kutatók először megnyomták a patkányok hasát, fokozva a gerincvelői folyadék és a vér áramlását az agyba, és nyomásemelkedést idézve elő a koponyájukban. A nyomásérzékelő gélszenzor valamivel pontosabban érzékelte a változást, mint a hagyományos érzékelő. A gélszenzor agysérült patkányok koponyájában is regisztrálta a nyomás kiugró változásait. Amikor a csapat melegítő takarót vagy jeget helyezett a patkányok feje közelébe, a géles hőmérséklet-érzékelő ugyanolyan jól detektálta a változásokat, mint a vezetékes hőmérsékletmérők.

A gél az agyba történő befecskendezés után egy hónapig stabilan működött, majd elkezdett lebomlani. A patkányoknál nem jelentkeztek a káros hatások, amikor az érzékelők elkezdtek feloldódni. A nyomás, a hőmérséklet és a pH nyomon követése hasznos lehet az agysérülések diagnosztizálásában és időbeli nyomon követésében, mondja Hanchuan Tang, a tanulmány társszerzője. A szakértő hozzátette, hogy a gélt a daganatok eltávolítása után is be lehetne fecskendezni, hogy monitorozzák a rák kiújulását. A kutatók egy sertésbe is beültették az érzékelőket, és megállapították, hogy ezek elég érzékenyek ahhoz, hogy érzékeljék az állat légzése által kiváltott apró nyomásváltozásokat, amit a vezetékes szonda nem érzékelt.

Bár az eredmények lenyűgözőek, további munkára van szükség annak értékeléséhez, hogy elég biztonságosak-e az emberi alkalmazáshoz, mondja Julia Körner, aki hidrogél alapú orvosbiológiai érzékelőket fejleszt a Leibniz Egyetemen. És még nagy kérdés, hogy az érzékelők lebomlásakor keletkező melléktermékek nem károsak-e, vagy felhalmozódhatnak-e a test más részeiben, mondja. Tang elmondása szerint tovább vizsgálják a rendszer biztonságosságát. Azt is tervezik, hogy finomhangolják a szenzorokat, hogy hosszabb időn keresztül stabilan működjenek, illetve kidolgozzák, hogyan lehetne ezeket nagyobb mennyiségben, olcsón előállítani.