Профессор Сюдун Ван из Университета Висконсин-Мэдисон и его коллеги задались вопросом, можно ли ускорить восстановление костей после переломов с помощью электричества.
Известно, что электростимуляция может ускорить регенерацию костной ткани, но восстановление костей после переломов с помощью электричества никогда не применялось в практической медицине, поскольку для этого требуется хирургическая имплантация и удаление электродов, питаемых от внешнего источника.
Ван и его коллеги описали новое тонкое и гибкое устройство с автономным питанием, которое самостоятельно растворяется и безопасно выводится из организма, как только дефект кости восстанавливается.
При размещении над переломом устройство генерирует электричество от движения, ускоряя заживление кости.
Кость является пьезоэлектрическим материалом, то есть производит электричество при механическом давлении. Эти электрические импульсы стимулируют факторы, способствующие росту и заживлению костей.
Существуют внешние стимуляторы, которые создают электрическое поле для ускорения заживления опосредованно, но идеальным решением является прямая стимуляция кости. Установка устройства внутри организма требует решения некоторых сложностей, в частности, источник питания.
Исследователи построили трибоэлектрический наногенератор, помещенный на тонкую пленку с микроструктурной поверхностью, который преобразует механическую энергию, производимую движениями, в электрическую. К наногенератору они подсоединили два провода для того чтобы распределить электрическое поле по кости. Все компоненты биоразлагаемы и биорезорбируемы, они состоят из поли(молочно-ко-гликолевой кислоты) – широко используемого биосовместимого полимера, одобренного FDA.
Предварительные тесты подтвердили, что небольшие движения устройства действительно генерируют электрическую энергию около 4 вольт, которая может сохраняться более шести недель. Затем устройство было проверено на крысах.
Эти животные полностью восстановились после перелома большеберцовой кости примерно через шесть недель – гораздо быстрее, чем животные контрольной группы. У крыс, получавших электростимуляцию, минеральная плотность и прочность на изгиб заживших костей достигли того же уровня, что и здоровые кости. После лечения устройства разлагались и выводились из организма без каких-либо осложнений и необходимости хирургического удаления.
Есть некоторые проблемы в том, чтобы устройство электростимуляции переломов работало у людей. Так, источник энергии нужно серьезно доработать, так как обычно при переломе пациениам рекомендуют ограничить двигательную активность. Другими словами, тот, кто носит гипс, не сможет произвести достаточно механической энергии для питания трибоэлектрического наногенератора. Как один из способов решения проблемы источника питания авторы рассматривают устройство, реагирующее на изменения давления в кровеносных сосудах.
Статья G.Yao el al. A self-powered implantable and bioresorbable electrostimulation device for biofeedback bone fracture healing опубликована в журнале PNAS.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» vechnayamolodost.ru по материалам University of Wisconsin–Madison: Self-powered implantable device stimulates fast bone healing, then disappears without a trace.
