Monitorowanie stanu przeszczepionego narządu w czasie rzeczywistym będzie możliwe za pomocą miniaturowego urządzenia opracowanego przez naukowców z Northwestern University.
Elektroniczne urządzenie ma postać ultracienkiego, miękkiego implantu umieszczanego bezpośrednio na przeszczepionym organie, np. nerce. Implant jest mniejszy od paznokcia (wymiary 0,3×0,7 mm) i cieńszy od włosa. Zadaniem urządzenia jest wykrywanie zmian temperatury przeszczepionego narządu, która może być związana ze stanem zapalnym, bądź też z innymi reakcjami organizmu wynikającymi z odrzucenia przeszczepu. Zebrane dane są bezprzewodowo przesyłane na urządzenie mobilne (telefon, tablet) pacjenta lub lekarza.
W najnowszych badaniach naukowcy przetestowali implant na modelu małego zwierzaka z przeszczepionymi nerkami. Co ważne, zaobserwowano, że symptomy ostrzegawcze odrzucenia narządu, można zaobserwować nawet trzy tygodnie wcześniej niż opierając się na obecnych metodach monitorowania. Podczas procesu odrzucania narządu, czas w jakim zmiany zostaną zdiagnozowane jest niezwykle istotny. Możliwość szybszej interwencji, poprawa wyników, jak i samopoczucia pacjentów, a przede wszystkim większa szansa na zachowanie przeszczepionego narządu, może być efektem wczesnego sygnału ostrzegawczego, jaki przekazuje implant.
Istotne jest to, że odrzucenie organu może nastąpić w dowolnym momencie po przeszczepieniu. Zarówno natychmiast po operacji, jak i po kilku miesiącach lub po kilku latach. Niejednokrotnie, pomimo samokontroli, pacjent może nie zauważyć pierwszych objawów odrzucenia.
„Zauważyłem, że wielu moich pacjentów odczuwa ciągły niepokój – nie wiedzą, czy ich organizm odrzuca przeszczepiony narząd, czy nie” – powiedział dr Lorenzo Gallon, na co dzień zajmujący się pacjentami po przeszczepieniu, w Northwestern Medicine. „Być może czekali na przeszczep latami, aż w końcu otrzymali go od bliskiej osoby lub zmarłego dawcy. Potem resztę życia spędzają martwiąc się o zdrowie tego narządu. Nasze nowe urządzenie mogłoby zapewnić pewną ochronę, a ciągłe monitorowanie mogłoby zapewnić pewność i spokój ducha”. Doktor Gallon kierował kliniczną częścią badania.
„Jeśli odrzucenie zostanie wcześnie wykryte, lekarze mogą zastosować terapie przeciwodrzuceniową, aby poprawić stan zdrowia pacjenta i zapobiec utracie oddanego narządu” – powiedział John A. Rogers, pionier bioelektroniki, który kierował rozwojem urządzenia. „W najgorszych scenariuszach zignorowanie odrzucenia może zagrażać życiu. Im wcześniej złapiesz odrzucanie i podejmiesz terapię, tym lepiej. Mając to na uwadze, opracowaliśmy to urządzenie.”
Doktor Lorenzo Gallon jest także profesorem nefrologii i nadciśnienia oraz przeszczepiania narządów w Northwestern University Feinberg School of Medicine. John A. Rogers jest profesorem Louis Simpson i Kimberly Querrey w dziedzinie nauk o materiałach i inżynierii, inżynierii biomedycznej i chirurgii neurologicznej w McCormick School of Engineering w Northwestern oraz dyrektorem Querrey Simpson Institute for Bioelectronics (QSIB). Gallon i Rogers współprowadzili badanie wraz z dr Jenny Zhang, profesorem zajmującym się przeszczepianiem narządów w Feinberg.
Obecnie najprostszym sposobem monitorowania stanu przeszczepionej nerki jest pomiar określonych markerów we krwi. Oceniając poziom m.in. kreatyniny oraz mocznika we krwi pacjenta, lekarz jest w wstanie ocenić czynność nerek. Jednak należy pamiętać, że poziom tych markerów, może zmieniać się z przyczyn niezwiązanych z odrzuceniem narządu. Śledzenie tych parametrów, nie zawsze w pełni odzwierciedla rzeczywisty stan przeszczepionej nerki.
Podstawowym badaniem w wykrywaniu odrzucania przeszczepionego narządu jest biopsja. Jest to inwazyjna metoda, w czasie której za pomocą długiej igły, lekarz pobiera próbkę tkanki z przeszczepionego narządu. W kolejnym etapie analizuje pobrany materiał pod kątem oznak zbliżającego się odrzucenia. Ta metoda diagnostyczna nie jest obojętna dla organizmu. Może nieść za sobą ryzyko wystąpienia powikłań, tj. krwawienia, bólu, infekcji, a także uszkodzenia pobliskich tkanek.
Analiza pobranych materiałów, zarówno podczas biopsji, jak i oceny biomarkerów może trwać kilka dni. Co więcej, częstość monitorowania również jest ograniczona. Czas oczekiwania na wyniki badań, może mieć kluczowe znaczenie dla podjęcia w odpowiednim czasie decyzji związanej z leczeniem pacjenta.
Założeniem naukowców pracujących nad bioelektronicznym implantem było opracowanie prostszego i bardziej niezawodnego sposobu monitorowania stanu przeszczepionego narządu. Mowa tu o pomiarze temperatury, której wzrost niejednokrotnie towarzyszy zapaleniu. Zgodnie z hipotezą badaczy, wykrycie nieprawidłowego wzrostu temperatury oraz nietypowych jej wahań może stanowić wczesny sygnał ostrzegawczy dla potencjalnego odrzucenia narządu.
Przeprowadzone badania na zwierzętach potwierdziły założenia naukowców. Analiza wyników wykazała wzrost temperatury przeszczepionej nerki, nawet o 0,6 stopni Celsjusza, przed wystąpieniem odrzucenia. U zwierząt przyjmujących leki immunosupresyjne, naukowcy zaobserwowali nie tylko wzrost temperatury, ale również jej wahania, na trzy tygodnie przez wzrostem biomarkerów.
Oznacza to, że opisany implant zarówno wykrywa symptomy odrzucenia organu dużo wcześniej niż inne dostępne metody, a także zapewnia ciągłe monitorowanie w czasie rzeczywistym. Warto zaznaczyć, że w pierwszym okresie po operacji przeszczepienia narządu, pacjenci mają kilka razy w tygodniu analizowany poziom biomarkerów. Częstotliwość ta spada wraz z upływem czasu i nie jest tak częsta, jak zaraz po operacji.
Miniaturowe urządzenie zostało zaprojektowane tak, aby wykorzystać naturalną biologię nerki, która otoczona jest warstwą włóknistą zwaną torebką nerkową. Pod tą warstwą umieszczany jest implant. Czujnik podłączony jest do miniaturowego zestawu układów elektronicznych, w tym maleńkiej baterii służącej do zasilania oraz przesyłania danych do urządzeń zewnętrznych w trybie ciągłym i bezprzewodowym. Dane przesyłane są za pomocą technologii Bluetooth.
„Wszystkie elementy elektroniczne są zamknięte w miękkim, biokompatybilnym plastiku, który jest delikatny i elastyczny w stosunku do delikatnych tkanek nerek” – powiedział Madhvapathy. „Chirurgiczne wprowadzenie całego systemu, który jest mniejszy niż jedna czwarta paznokcia, jest szybką i łatwą procedurą”.
Naukowcy są obecnie na etapie testowania urządzenia na większym modelu zwierzęcym. Czy badania te przyniosą również sukces, tak jak to miało miejsce w odniesieniu do zwierząt małych, ocenimy w przyszłości. Pamiętajmy również, że niezwykle istotny jest też sposób ładowania baterii tak, żeby wystarczyła na całe życie.
Pierwsze badania zostały przeprowadzone w odniesieniu do przeszczepionych nerek. Założeniem naukowców jest zastosowanie czujnika również do innych przeszczepionych narządów, m.in. wątroby i płuc.
Badania prowadzone w celu poprawy bądź zachowania właściwej funkcji przeszczepionego narządu niosą wiele nadziei pacjentom. Jakie będą wnioski końcowe pokaże przyszłość. Niemniej jednak pokładamy wielkie oczekiwania w badaniach, które w tak istotny sposób wpływają na postęp transplantologii.
Źródło:
- https://www.news-medical.net/news/20230908/Implantable-sensor-provides-advanced-warning-of-kidney-transplant-failure-in-rats.aspx
- https://news.northwestern.edu/stories/2023/09/first-device-to-monitor-transplanted-organs-detects-early-signs-of-rejection/
- https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37676965/
- https://pulsmedycyny.pl/naukowcy-opracowali-implant-do-ciaglego-monitorowania-przeszczepionych-narzadow-1195349
- https://www.youtube.com/watch?v=L_dWGYpgRnQ&t=18s
- https://www.science.org/doi/10.1126/science.adh7726