Команда инженеров и врачей из Университета городов-побратимов Миннесоты разработала уникальное светочувствительное медицинское устройство, напечатанное на 3D-принтере, которое размещается непосредственно на коже и дает обратную связь в режиме реального времени, чтобы соотнести воздействие света с обострениями болезни. Устройство может помочь миллионам людей во всем мире с волчанкой и другими чувствительными к свету заболеваниями, предоставив доступ к более персонализированным методам лечения и информации, чтобы определить, что вызывает их симптомы.

Исследование было опубликовано в междисциплинарном научном журнале с открытым доступом Advanced Science . Исследователи также подали патент на устройство, и технология доступна для лицензирования.

По данным Американского фонда волчанки, около 1,5 миллиона американцев и не менее 5 миллионов человек во всем мире страдают формой волчанки. Чувствительность к свету распространена у людей с волчанкой: от 40 до 70 процентов людей с волчанкой обнаруживают, что их болезнь усугубляется воздействием солнечного или даже искусственного света в помещении. Симптомы этих вспышек у пациентов с волчанкой включают сыпь, боль в суставах и усталость.

Я лечу много пациентов с волчанкой или связанными с ней заболеваниями, и с клинической точки зрения трудно предсказать, когда симптомы у пациентов начнут обостряться. Мы знаем, что ультрафиолетовый свет, а в некоторых случаях и видимый свет, может вызывать вспышки симптомов — как на коже, так и внутри организма, — но мы не всегда знаем, какие комбинации световых длин волн вызывают симптомы».

Доктор Дэвид Пирсон, дерматолог Медицинской школы Миннесотского университета, соавтор исследования.

Пирсон услышал о новаторской индивидуальной 3D-печати носимых устройств, разработанной профессором машиностроения Миннесотского университета Майклом Макалпайном и его командой, и связался с ним, чтобы вместе найти решение его проблемы.

Исследовательская группа McAlpine работала с Pearson над созданием первого в своем роде полностью напечатанного на 3D-принтере устройства с гибким датчиком УФ-видимого света, который можно было бы разместить на коже. Устройство интегрировано с изготовленной на заказ портативной консолью для непрерывного мониторинга и сопоставления воздействия света с симптомами.

«Это исследование основано на нашей предыдущей работе, когда мы разработали полностью напечатанное на 3D-принтере светоизлучающее устройство, но на этот раз вместо того, чтобы излучать свет, оно получает свет», — сказал Макалпайн, соавтор исследования и профессор кафедры семьи Курмейер в кафедра машиностроения. «Свет преобразуется в электрические сигналы для его измерения, которые в будущем можно соотнести с обострениями симптомов у пациента».

Однако Макалпайн сказал, что разработка устройства была непростой задачей. Устройство, напечатанное на 3D-принтере, состоит из нескольких слоев материалов, напечатанных на биосовместимой силиконовой основе. Слои включают электроды и оптические фильтры. Фильтры можно менять в зависимости от длины волны света, которую необходимо оценить. Исследовательская группа также использовала оксид цинка для сбора ультрафиолетового (УФ) света и преобразования его в электрические сигналы. Устройство монтируется на кожу, и к нему прикрепляется специальная консоль для сбора и хранения данных.

Исследовательская группа получила разрешение начать тестирование устройства на людях и вскоре начнет набор участников в исследование.

«Мы знаем, что эти устройства работают в лаборатории, но наш следующий шаг — передать их в руки пациентам, чтобы увидеть, как они работают в реальной жизни», — сказал Пирсон. «Мы можем дать их участникам и отслеживать, какому свету они подвергались, и определять, как мы можем предсказать симптомы. Мы также продолжим тестирование в лаборатории, чтобы улучшить устройство».

Макалпайн и Пирсон заявили, что процесс 3D-печати является относительно недорогим и когда-нибудь может обеспечить легкий и быстрый доступ к устройству без дорогостоящих процессов изготовления традиционных устройств.

«Сейчас нет другого подобного устройства с таким потенциалом персонализации и такой простотой изготовления», — сказал Пирсон. «Мечтаю иметь один из этих 3D-принтеров прямо в моем кабинете. Я мог бы видеть пациента и определять, какие длины световых волн мы хотим оценить. Затем я мог бы просто распечатать его для пациента и отдать ему. быть на 100 процентов персонализированными в соответствии с их потребностями. Вот к чему движется будущее медицины».

Помимо Пирсона и Макалпайна, в исследовательскую группу Университета Миннесоты входили Ся Оуян, Руйтао Су, Даниэль Вай Хоу Нг и Гебум Хан с факультета машиностроения Миннесотского университета.

Исследование финансировалось за счет гранта Университета Миннесоты в поддержку исследований, гранта артистизма и стипендии, а также гранта академической инвестиционной исследовательской программы. Поддержку также оказал Национальный институт биомедицинской визуализации и биоинженерии Национальных институтов здравоохранения. Часть этой работы была проведена в Миннесотском наноцентре, который поддерживается Национальным научным фондом через Национальную сеть координируемой наноинфраструктуры (NNCI).