Badania przeprowadzone przez zespół naukowców, opublikowane 28 kwietnia w „Proceedings of the National Academy of Sciences”, wskazują, że pokrycie stentów włoskami zwanymi rzęskami może pomóc w utrzymaniu czystości implantowanych rur medycznych, zapobiegając infekcjom. Rzęski, poddane działaniu fal ultradźwiękowych, poruszają się i usuwają substancje zalegające na urządzeniach.
- Badania opublikowane w "Proceedings of the National Academy of Sciences" sugerują, że pokrycie stentów rzęskami może zapobiegać infekcjom w implantowanych rurach medycznych.
- Rzęski, poruszane falami ultradźwiękowymi, usuwają substancje zalegające na urządzeniach, co może poprawić ich funkcjonowanie.
- Stenty i cewniki moczowe często przestają działać z powodu krystalizacji i biofilmu wytwarzanego przez mikroby w wilgotnym środowisku.
- Nowy projekt stentu zaprojektowany przez zespół Clavica wykorzystuje polimer na bazie silikonu i jest pokryty rzęskami, co umożliwia jego czyszczenie.
- Rzęski poruszają cieczą z prędkością do 10 mm/s, co generuje wiry cieczy, pomagając w usuwaniu zatorów.
Problem z stentami
Według inżyniera biomedycznego Francesco Clavica z Uniwersytetu w Bernie, stenty i cewniki moczowe często przestają działać z powodu krystalizujących się związków oraz lepkiej biofilmu wytwarzanego przez mikroby. Rury te odprowadzają mocz w „wilgotnym i ciepłym środowisku”, co sprzyja rozwojowi bakterii. Mikroby oraz sole mogą tworzyć zatory wewnątrz rur, co prowadzi do infekcji oraz utrudnia usunięcie urządzenia.
Nowy projekt stentu
Clavica i jego zespół zaprojektowali stent, który można czyścić, wykonany z polimeru na bazie silikonu. Prototypowe stenty mają kształt prostokątny, są około 150 mikrometrów wysokie, 4 milimetry szerokie i 25 milimetrów długie, a ich krótsze wewnętrzne ściany pokryte są rzęskami.
Jak działają rzęski?
Wysokiej prędkości kamera ujawniła, że rzęski o wysokości 100 mikrometrów, co odpowiada grubości kartki papieru, poruszają cieczą z prędkością do 10 milimetrów na sekundę, gdy zastosowane są fale ultradźwiękowe. Fale dźwiękowe powodują drganie rzęsek, co generuje wiry cieczy, które obracają się w przeciwnych kierunkach po obu stronach końców rzęsek. Taki ruch wypycha mocz i zanieczyszczenia w kierunku pęcherza.
Inspiracje z natury
Rzęski są powszechnie spotykane w naturze. Na przykład, młode gwiazdy morskie wykorzystują rzęski do tworzenia wirów w wodzie, co przyciąga pokarm. To zjawisko zainspirowało nowy projekt stentu, jak mówi robotyk Daniel Ahmed z ETH Zurich.
Wyniki badań
Stenty pokryte rzęskami skutecznie usunęły skupiska kryształów pozostawione przez sztuczny mocz, a także bakterie i biofilm. Co więcej, system oparty na ultradźwiękach nie uszkodził komórek pochodzenia ludzkiego.
Przyszłość technologii
Pomimo obiecujących wyników, specjalistyczne rury, które miałyby rzęski na wewnętrznych i zewnętrznych ścianach, mogą zająć prawie dekadę, aby trafić do pacjentów. Clavica, Ahmed i ich zespół planują przetestować stenty na świniach. Ahmed podkreśla, że „to nasze wielkie marzenie”, aby technologia umożliwiła pacjentom samodzielne czyszczenie urządzeń w domu.