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

Algorytm sztucznej inteligencji poprawi diagnostykę i leczenie zaburzeń snu. Czas wyszukiwania nieprawidłowości skróci z wielu godzin do kilku sekund [DEPESZA]

Sztuczna inteligencja coraz szerzej wkracza do świata medycyny. Algorytmy SI okazały się skuteczne w interpretacji obrazów RTG, rozpoznają choroby, proponują też skuteczne leczenie. Na Uniwersytecie Kopenhaskim opracowano algorytm, który może poprawić diagnostykę i leczenie zaburzeń snu. Uczenie maszynowe w ciągu kilku sekund wykonuje badania, które lekarzom zajmują długie godziny. W ten sposób pozwoli zdiagnozować znacznie więcej pacjentów. Obecnie na różnego rodzaju zaburzenia snu cierpi nawet 45 proc. osób na świecie.

Energetyka

Krzemu w elektronice nie wyprze żaden inny materiał przez najbliższych kilkadziesiąt lat. Innowacyjne materiały znajdują tylko pojedyncze zastosowania

Choć na świecie pojawiają się nowe technologie półprzewodnikowe, zdaniem ekspertów krzem pozostanie liderem pod względem wykorzystania w mikroelektronice przez najbliższych kilkadziesiąt lat. Innowacyjne materiały mogą go wypierać w pojedynczych zastosowaniach. Arsenek galu może być nadzieją w kwestii tworzenia ogniw fotowoltaicznych. Z kolei polski wynalazek, azotek galu, otwiera furtkę do miniaturyzacji, m.in. superszybkich ładowarek.