Взгляд изнутри. Медицинские имплантаты. Часть 2.

Существующие сегодня имплантаты делятся на пассивные, такие как, например, искусственные суставы, искусственные клапаны и кожные или сосудистые имплантаты, и активные, которые требуют энергии для усиления функций органов или для подавления соответствующей болезни и могут активно взаимодействовать с человеческим телом. Нас интересуют как раз последние и мы предлагаем вам ознакомиться со второй частью обзора (первая часть обзора - здесь).

Глазные имплантаты

Глазные имплантаты - это бионические протезы, позволяющие восстановить зрение ослепшего человека. Они представляют собой, как правило, миниатюрные электронные устройства, имплантируемые вместо хрусталика глаза или в сетчатку (или под ней в области погибших фоторецепторов глаза). Существуют также устройства, предназначенные для мониторинга здоровья (например, глазного давления), но мы их здесь не будем рассматривать.

Система для восстановления зрения, потерянного вследствие возрастной макулярной дегенерации

Компания CentraSight разработала имплантат, представляющий собой миниатюрный объектив, размером с горошину, который устанавливается вместо хрусталика одного глаза.

После операции функции глаз человека разделяются - глаз со встроенным объективом отвечает за центральное зрение, а другой глаз будет отвечать за периферийное зрение. И некоторое время потребуется, пока мозг привыкает объединять увеличенный образ, полученный одним глазом, с изображением с другого глаза.

Новый имплантат является идеальным решением для макулярной дегенерации, поскольку заболевание вызывает потерю именно центрального зрения, но не периферийного. При этом, поскольку линза увеличивает изображение в три раза, оно проецируется на здоровую часть сетчатки, а не на поврежденную болезнью зону.

Искусственная сетчатка

Специалисты французского Института зрения в сотрудничестве с компанией Pixium Vision разрабатывают беспроводное устройство, которое состоит из имплантатов, закрепленных под сетчаткой, и электродных соединений, стимулирующих нейроны сетчатки для передачи сообщений в мозг.

Этот миниатюрный прибор, который получает изображение непосредственно от светочувствительных клеток, будет вызывать зрительное восприятие с высоким разрешением. При этом изображение проецируется на имплантат с помощью инфракрасной стимуляции, которая активирует фотодиоды, подключенные к электродам, для прямой стимуляции нейронов сетчатки. Исследователи уже протестировали это устройство у приматов, продемонстрировав, что оно восстанавливает остроту зрения.

Тесты in vitro (вне живого организма) показали, что каждый пиксель активирует различные клетки сетчатки. Эта селективность приводит к очень высокому разрешению, так что животные с имплантатом могут воспринимать активацию одного пикселя имплантата в поведенческом тесте. В настоящее время идет тестирование устройства на людях.

Кохлеарные имплантаты

Кохлеарный имплантат — медицинский прибор, протез, позволяющий компенсировать потерю слуха некоторым пациентам с выраженной или тяжёлой степенью нейросенсорной тугоухости, которые не могут использовать обычный слуховой аппарат.

Сущность метода заключается в установке в организме пациента устройства, способного преобразовывать электрические импульсы, поступающие с внешнего микрофона, в сигналы, понятные нервной системе. При этом под кожей (в височной области) устанавливается тело имплантата, а через барабанную полость в барабанную лестницу ушной улитки проводится электродный массив.

HiRes Ultra 3D компании Advanced Bionics

Кохлеарный имплантат HiRes Ultra 3D не доставляет неудобств или боли своим пользователям и является хорошим выбором для пациентов, которым может понадобиться пройти МРТ-обследование.

Инновационный мультимагнитный блок Ultra 3D совместим с магнитным полем любого МРТ-сканера независимо от ориентации пациента и его движения. Это позволяет взрослым и детям, использующим кохлеарный имплантат, безопасно проходить процедуру МРТ-сканирования высокого разрешения, без хирургического вмешательства или перевязки головы, не испытывая боли или дискомфорта, и без ограничений в ориентации головы во время процедуры МРТ.

Напомним, что взаимодействия магнитного поля от аппаратов МРТ с магнитом имплантата внутри головы вызывало головокружение и последующую боль. Новая мультимагнитная технология Advanced Bionics рассчитанf на многократное воздействие МРТ-процедур без потери магнитной прочности или подвижности компонентов магнитного блока.

Этот кохлеарный имплант был удостоен награды MedTech Breakthrough Award 2019 как лучшее комплексное решение в области медицинского оборудования.

Нетрадиционные имплантируемые медицинские устройства

Имплантируемая помпа для ввода лекарств

Американская компания Intarcia Therapeutics разработала систему доставки лекарств в организм человека Medici Drug Delivery System. В эту систему входят имплантируемая помпа для подачи лекарств размером не более обычной спички (4 мм х 44 мм), система подачи и технология стабилизации содержимого в устройстве, такого как белки, пептиды и антитела.

Имплантат устанавливается непосредственно под кожу, а осмотический насос, входящий в его состав, использует внеклеточную жидкость, поступающую в один его конец, для того чтобы перемещать крошечный поршень, который равномерно проталкивает лекарства в другой конец насоса.

Насос при этом может быть настроен таким образом, чтобы скорость высвобождения лекарства была наиболее подходящей для каждого конкретного заболевания. Каждая мини-помпа создается таким образом, чтобы содержать строго определенное количество лекарства и ее можно было использовать для лечения пациента в течение заранее определенного продолжительного времени. Уникальным достоинством системы является технология, позволяющая стабилизировать белки, пептиды, фрагменты антител и другие высокоактивные небольшие молекулы при температуре тела человека на протяжении длительного времени.

Система контроля хронических заболеваний (диабета)

Американская компания Senseonics разработала и сертифицировала систему непрерывного мониторинга уровня сахара в крови Eversense. Эта технология сочетает крошечный имплантат с носимым передатчиком для непрерывного измерения уровня сахара в течение 90 дней.

 Имплантируемый сенсор Eversense имеет размеры 3.5 мм х 18 мм и изготовлен из флуоресцентного, отражающего уровень сахара в крови полимера, заключенного в оболочку из биосовместимого материала. Этот сенсор изменяет свое свечение в зависимости от уровня сахара во внутритканевой жидкости, которое, в свою очередь, фиксируют датчики закрепленного на коже передатчика, а данные измерения передают в приложение, предназначенное для отслеживания состояния здоровья пациента и сигнализации в случае критичного повышения или понижения уровня сахара.

Данные через трансмиттер передаются в приложение на смартфоне каждые 5 минут, где их можно просматривать в режиме реального времени.

Имплантируемая искусственная почка iHemo

Ученые из Калифорнийского университета из Сан-Франциско и университета Вандербильта разработали имплантат iHemo размером с кофейную чашку, который способен выполнять функции почки и стать великолепным решением для пациентов с хроническим заболеванием почек.

Имплантат состоит из двух компонентов - фильтров, которые разделяют различные субстанции в крови, и "биореактора", сделанного из выращенных в лаборатории клеток почки, который переносит их либо опять в кровь, либо в мочевой пузырь для удаления из тела. Эти устройства помещены в прочный корпус, покрытый пленкой из материала, который безопасен для использования внутри нашего тела. Имплантат соединен трубками с расположенными рядом венами и мочевым пузырем. Питание устройство получает за счет давления крови пациента и этот прибор не требует использования внешних трубок или кабелей, которые сегодня ассоциируются с носимой искусственной почкой.

Очищенная кровь возвращается в систему кровообращения через вены, подключенные к имплантату, а отходы перемещаются в мочевой пузырь через соответствующую трубочку.

GPS-имплантат для людей с деменцией

Американская компания Three Square Market (32M) предлагает имплантировать каждому пациенту, страдающему от деменции, миниатюрный прибор с GPS-трекером.

По словам представителей компании,  ее специалисты работают над активируемым голосом чипом, получающим питание за счет тепла человеческого тела, который сможет обеспечивать мониторинг показателей здоровья человека и отслеживать его местоположение через GPS. Компания планирует провести бета-тестирование этих миниатюрных устройств, после чего надеется сертифицировать технологию в регулирующих органах.

Основной целевой аудиторией для этого имплантата компания считает пациентов, страдающих от деменции и убеждена, что этот продукт будет пользоваться спросом.

В этом обзоре мы перечислили только несколько примеров использования цифровых имплантатов в медицинских целях. Возможности применения таких устройств поистине безграничны и в ближайшие годы мы станем свидетелями появления новых, чудесных примеров таких технологий.

В обзоре использовались материалы Medgadget.com, Daily Mail, Futurism, Stimwave Freedom, Senseonics, Implantable-device.com, Intarcia, Boston Scientific, Rice.