Światło zamiast promieniowania: rewolucja w ocenie gojenia kości
Nowa era w monitorowaniu złamań: bez promieniowania i bezinwazyjnie
Zespół badawczy z Uniwersytetu Kraju Saary pod kierownictwem prof. Bergity Ganse opracował nowatorską metodę monitorowania procesu gojenia złamań kości poprzez pomiar ukrwienia tkanek w miejscu złamania oraz poziomu natlenienia krwi. Regenerację kości można śledzić szybko i nieinwazyjnie, wykorzystując światło bliskiej podczerwieni zamiast szkodliwego promieniowania krótkofalowego. Do tej pory lekarze musieli polegać na zdjęciach rentgenowskich i tomografii komputerowej, które dostarczały jedynie okazjonalnych obrazów miejsca złamania. Wyniki badań zespołu Ganse opublikowano w czasopismach „Biosensors and Bioelectronics” oraz „Journal of Functional Biomaterials”.
Nowa technologia – małe urządzenie, duże możliwości
Wyobraźmy sobie sytuację, w której wyciągamy z kieszeni niewielkie urządzenie, przykładamy je do skóry nad miejscem złamania, a po kilku sekundach uzyskujemy informację o postępach w procesie gojenia. W przypadku pacjentów z opatrunkiem gipsowym możliwe byłoby wykonanie niewielkiego otworu w gipsie, umożliwiającego kontakt urządzenia ze skórą. Nowa metoda pozwala na precyzyjne monitorowanie przepływu krwi i nasycenia tkanek tlenem w miejscu złamania bez użycia szkodliwego promieniowania.
Jak wyjaśnia prof. Ganse, dostępne na rynku urządzenia do badania przepływu krwi i nasycenia tlenem w skórze i mięśniach wykorzystują nieszkodliwe światło LED i lasery, które są na tyle silne, by przeniknąć do leżącej głębiej tkanki kostnej. Zespół z Saarland udowodnił, że urządzenia te mogą być również skuteczne w monitorowaniu procesu gojenia złamań. Metodę przetestowano z powodzeniem u pacjentów z złamaniem kości piszczelowej.
Uzupełnienie, nie zastępstwo dla RTG
Nowa metoda nie ma na celu zastąpienia klasycznego obrazowania RTG czy TK, lecz stanowi ich cenne uzupełnienie. Zdjęcia rentgenowskie dostarczają jedynie “fotograficznych migawkek” procesu gojenia, a na wczesnych etapach nie są w stanie wykryć tworzącej się tkanki kostnej, gdyż jej gęstość jest zbyt niska. Dopiero późniejsze etapy, związane z mineralizacją i odkładaniem soli wapnia, są widoczne na obrazach RTG.
Metoda opracowana w Saarland pozwala na ciągłe, nieinwazyjne monitorowanie przez skórę – co może poprawić opiekę nad pacjentem, umożliwiając wcześniejsze wykrycie powikłań. Jak wskazuje prof. Ganse, powikłania po złamaniach piszczeli występują nawet w 14% przypadków i często są wykrywane zbyt późno. Dzięki nowemu podejściu interwencja może nastąpić szybciej, co istotnie poprawia rokowanie. Można wtedy zastosować np. ultradźwięki impulsowe, terapię falami uderzeniowymi czy polem magnetycznym.
Nowa perspektywa w opiece ortopedycznej
Przenośne, przystępne cenowo urządzenia mogą szczególnie pomóc w regionach ubogich lub oddalonych, gdzie dostęp do sprzętu obrazowego jest ograniczony. Zespół Ganse obserwował charakterystyczne zmiany w przepływie krwi i saturacji tlenowej u 55 pacjentów z złamaniem kości piszczelowej, porównując je z grupą kontrolną 51 zdrowych osób.
W pierwszych tygodniach po złamaniu przepływ krwi gwałtownie rośnie, po czym spada. Saturacja tlenowa początkowo spada, a następnie wraca do normy po dwóch–trzech tygodniach. Jeśli te parametry nie wracają do normy, może to być wczesny sygnał, że proces gojenia przebiega nieprawidłowo.
Przyszłość monitorowania: smart implanty
Zespół pracuje także nad zaawansowanymi technologiami, jak materiały z pamięcią kształtu, które mierzą sztywność i elastyczność miejsca złamania. Projekt „Smart Implants”, koordynowany przez prof. Ganse i finansowany przez Fundację Wernera Siemensa kwotą 8 milionów euro, łączy wiedzę z zakresu medycyny, inżynierii i informatyki.
Efektem prac są prototypy i patenty inteligentnych płyt kostnych, które mogą nie tylko monitorować gojenie, ale i aktywnie je wspomagać – np. poprzez mikromechaniczną stymulację lub dynamiczne dopasowanie sztywności implantu. Trwają prace nad miniaturyzacją technologii, by mogła być zintegrowana z gwoździami śródszpikowymi o średnicy kilku milimetrów. Projekt uzyskał też wsparcie w ramach programu Horizon Europe (projekt SmILE – Smart Implants for Life Enrichment).
Inspiracje z medycyny kosmicznej
Prof. Ganse, związana również z Europejską Agencją Kosmiczną (ESA), Niemieckim Centrum Lotnictwa i Kosmonautyki (DLR) oraz NASA, wnosi do projektu unikalną perspektywę z zakresu medycyny kosmicznej. Jej wcześniejsze badania nad degeneracją kości i mięśni w warunkach mikrograwitacji pomogły opracować treningi przeciwdziałające tym zjawiskom u astronautów.
Źródło: Saarland University, Biosensors and Bioelectronics
