Newsy

Opracowana przez Polaków sonda z grafenu wykryje zawał podczas operacji serca. Jest dokładniejsza niż EKG i minimalizuje ryzyko powikłań pooperacyjnych

2021-01-14  |  06:00

Grafen już od lat rewolucjonizuje medycynę. Pomaga zwalczać komórki nowotworowe, jest wykorzystywany w sekwencjonowaniu DNA, w protezach i implantach. Na bazie grafenu powstały mikrocienkie tatuaże, które mierzą stan serca, wykonując jednocześnie odczyty elektrokardiografu i sejsmokardiografu. Polscy naukowcy opracowali grafenową sondę Heart Sense, która rozwiązuje kluczowy problem operacji wszczepiania by-passów, czyli utratę sygnału EKG. Elektrody przyczepione do ciała często nie rejestrowały sygnału. Cienka i lekka sonda na bazie grafenu odczytuje sygnał bezpośrednio z serca i wykrywa nawet mikrozawały w trakcie operacji.

– Grafen jest niesamowitą strukturą geometryczną węgla. Ma wiele cech, m.in. doskonale przewodzi prąd. Wykorzystaliśmy tę funkcję do wykrywania zaburzeń sygnału elektrycznego generowanego przez serce. Ponieważ jest to węgiel, jest on substancją zgodną biologicznie, nie jest traktowany jak ciało obce. W czasie zawału serca dochodzi do zaburzenia czynności elektrycznej i tę czynność elektryczną grafen potrafi wykryć i ją przewieźć do monitora – mówi agencji Newseria Innowacje dr n. med. Grzegorz Suwalski, kardiochirurg, prezes zarządu Quantum Innovations.

Grafen jest dobrym przewodnikiem elektrycznym, lepszym niż miedź. Tę funkcję wykorzystali naukowcy, którzy pracują nad środkami przeciwnowotworowymi. Grafen odróżnia komórki nowotworowe od zdrowych poprzez nadpobudliwość elektryczną tych pierwszych. W kontakcie z jednym z ogniw materiał grafenowy zbiera dużą liczbę elektronów, co znacząco zmienia energię drgań jego atomów węgla. Naukowcy opracowali też minitatuaże, które przyczepione do skóry mierzą pomiary EKG i SCG serca.

Polscy naukowcy poszli krok dalej. Stworzyli cienką i lekką sondę Heart Sense, która przyczepiona bezpośrednio do serca jest w stanie rozpoznać nawet mikrozawały podczas operacji na otwartym sercu. Jest przy tym znacznie dokładniejsza niż zwykłe elektrody przyczepione do ciała.

– Heart Sense jest nowym typem biosensora do stosowania w kardiochirurgii, drukowanym metodą elektroniki drukowanej. To cienka folia, na której nadrukowanych jest kilka warstw mających różne funkcje. Pierwsza z nich to warstwa adhezyjna, która zwiększa siłę przylegania zawartych w niej cząsteczek skrobi do powierzchni organu. Ta warstwa przytrzymuje elektrodę całkowicie bezinwazyjnie na powierzchni serca na każdej jego części, nie przesuwa się w trakcie pracy serca. Druga warstwa to warstwa grafenowa, czyli ta, która jest odpowiedzialna za zbieranie sygnału elektrycznego – tłumaczy dr Grzegorz Suwalski.

Nowa sonda to odpowiedź na pandemię obecnych czasów, czyli choroby wieńcowe. Miażdżyca oraz choroba wieńcowa to najczęstsze przyczyny niewydolności serca. Tylko w Polsce cierpi na nią niemal 700 tys. pacjentów, jest zaś przyczyną nawet 60 tys. zgonów rocznie. Operacja wszczepiania by-passów, czyli pomostowania tętnic wieńcowych, to jedna z częstszych operacji na otwartym sercu. Jest przy tym stosunkowo bezpieczna, z różnych badań wynika, że śmiertelność nie przekracza 2–3 proc. Jednak problemem podczas zabiegu jest nieoptymalne monitorowanie ukrwienia serca.

– W operacjach wykonywanych tą techniką dochodzi do konieczności ratunkowego zastosowania krążenia pozaustrojowego wynikającego często z niedokrwienia serca. Nie widzimy tego w czasie operacji, ponieważ elektrody skórne przyczepione do powierzchni pacjenta są całkowicie dysfunkcjonalne. Z powodu otwartej klatki piersiowej, zmian pozycji serca w niej sygnał elektryczny serca nie jest przewodzony do tych elektrod. Postawiliśmy sobie za cel przywrócić optymalne monitorowanie ukrwienia serca poprzez stworzenie elektrody, która działa bezpośrednio na jego powierzchni – podkreśla prezes Quantum Innovations.

Testowe operacje potwierdziły skuteczność Heart Sense. Udowodniły też, że sonda wykrywa zawał serca lepiej niż dotychczas stosowane skórne elektrody EKG. Dodatkowo samo oprogramowanie monitora nie wymaga żadnego zaangażowania ze strony zespołu operacyjnego, urządzenie działa samoczynnie i dostarcza sygnał EKG przez cały czas trwania operacji. W ten sposób minimalizuje ryzyko zawału i pooperacyjnych powikłań wynikających z niedokrwienia mięśnia sercowego.

– Urządzenie Heart Sense jest zaprojektowane do stosowania w operacjach pomostowania tętnic wieńcowych wykonywanych techniką bez zastosowania krążenia pozaustrojowego. To jest 40 proc. wszystkich operacji wszczepiania by-passów na świecie. Ten rynek wynosi obecnie kilkaset tysięcy operacji rocznie. Wprowadzimy urządzenie w ciągu dwóch–trzech lat już na sale operacyjne – zapowiada dr Grzegorz Suwalski.

Czytaj także

Więcej ważnych informacji

Jedynka Newserii

Jedynka Newserii

Medycyna

Nowe technologie przenoszą leczenie laryngologiczne i otolaryngologiczne na wyższy poziom. WOŚP będzie zbierać pieniądze na zakup najnowocześniejszego sprzętu

Nanotechnologia i nanomedycyna to nowe i szybko rozwijające się dziedziny zajmujące się wykorzystaniem m.in. urządzeń o skali jednej miliardowej metra oraz sposobami wykorzystania ich specjalnych właściwości w diagnostyce i leczeniu chorób. To w otorynolaryngologii poczyniono pewne postępy w wykorzystaniu tych nowych metod leczenia. Nowe technologie mogą zrewolucjonizować leczenie, w Polsce jednak mało który szpital jest wyposażony w nowoczesny sprzęt. Dlatego 29. Finał WOŚP skupia się na zakupie urządzeń dla laryngologii, otolaryngologii i diagnostyki głowy.

Gry i rozrywka

Polacy chcą zrewolucjonizować proces tworzenia animacji 3D w filmach czy grach. Dzięki uczeniu maszynowemu będzie on tańszy i prostszy niż do tej pory

To może być przełom w renderowaniu, czyli automatycznej konwersji modeli szkieletowych na komputerze. Wysokiej jakości animacje są koniecznością w grach wideo czy filmach. Rozwiązania wykorzystywane w wirtualnej czy rozszerzonej rzeczywistości, obrazy generowane komputerowo zajmują dużo czasu, są przy tym drogie. Polacy chcą ułatwić powstawanie awatarów, wykorzystując do tego metodę uczenia się przy niskim poziomie zaawansowania. Z częściowych informacji uda się wówczas wygenerować realistycznie wyglądające wizualizacje.