חיישנים זעירים הניתנים להשתלה מסייעים לחוקרים מאוניברסיטת אורגון לייעל את תהליך ההחלמה מפציעות עצם קשות.
מדענים בקמפוס פיל ופני נייט של UO להאצת ההשפעה המדעית פיתחו חיישנים מיניאטוריים ניתנים להשתלה המשדרים נתונים בזמן אמת על מה שקורה באתר פציעה. במחקר חדש, הם משתמשים בטכנולוגיה כדי להראות שתוכנית שיקום לאימון התנגדות יכולה לשפר משמעותית את פציעות עצם הירך בחולדות תוך שמונה שבועות בלבד.
החיישנים מספקים צוהר לתכונות המכניות של העצם, ומעניקים למדענים נתונים מתמשכים מפורטים על תהליך הריפוי. אם יום אחד יושמו בבני אדם, חיישנים אלו יוכלו לאפשר לרופאים להתאים יותר תוכנית שיקום למטופל בודד, לעקוב אחר התקדמותם ולהתאים את התרגילים לאורך הדרך.
העבודה היא שיתוף פעולה בין המעבדות של בוב גולדברג, ניק ווילט וקיט ג'י אונג בקמפוס נייט, וממומנת בחלקה על ידי ברית הביצועים האנושיים של Wu Tsai. החוקרים מתארים את ממצאיהם ב-12 בדצמבר בכתב העת npj Regenerative Medicine.
הנתונים שלנו תומכים בשיקום התנגדות מוקדם כטיפול מבטיח להגברת היווצרות העצם, חוזק ריפוי העצם, ולקדם שיקום מלא של תכונות מכניות לרמות שלפני הפציעה".
בוב גולדברג, מנהל קמפוס נייט ומחבר בכיר בעיתון
כבר מזמן הבינו שפעילות גופנית לאחר פציעה פועלת לפי עיקרון "זהבה": מעט מדי או יותר מדי עלולים לעכב את ההחלמה, בעוד שרק הכמות הנכונה יכולה לשפר את הריפוי.
איתור סוג ועוצמת הפעילות הגופנית המדויקת הדרושים להתאוששות הטובה ביותר יכולה להיות מאתגרת, במיוחד כשהיא משתנה ממטופל למטופל.
חיישנים מיוחדים שפותחו בקמפוס Knight יכולים לעזור לשנות זאת על ידי מתן צוהר למה שקורה בתוך עצם מרפא במהלך ההחלמה. חיישנים אלה פותחו במקור בשיתוף פעולה בין מעבדות Ong ו-Guldberg, ושופרו עוד יותר על ידי בוגרת הדוקטורט הטרייה קיילי וויליאמס.
עם החיישנים ביד, חוקרים שאפו לבדוק האם ריצת התנגדות, שהיא סוג ספציפי של תרגיל התאוששות, יכולה לספק את הגירוי המכני הנכון לשיפור התאוששות העצם. לשם כך, הם בנו בלמים מותאמים אישית לגלגלי תרגיל של מכרסמים, שהוסיפו התנגדות בדומה להגדלת השיפוע על הליכון.
חולדות עם פציעות עצם הירך וחיישנים שהושתלו לאחר מכן רצו על גלגל תרגיל רגיל או על גלגל התעמלות התנגדות שונה. החיישנים שידרו נתוני עומס לאורך התרגילים, ומציעים לחוקרים הצצה לסביבה המכנית של תאי העצם במהלך ההתאוששות.
במהלך המחקר שנמשך שמונה שבועות, חוקרים עקבו אחר תהליך הריפוי של עצם הירך הפצועות וגילו כי החולדות שאומנו בהתנגדות הראו סימנים מוקדמים של ריפוי עצמות בהשוואה לאלו במצבים בישיבה או ללא התנגדות. עד סוף תקופת ההחלמה של שמונה שבועות, כל הקבוצות -; בישיבה, אי התנגדות והתנגדות מאומנים -; הראה ריפוי עצמות.
עם זאת, לבעלי החיים שאומנו התנגדות הייתה רקמה צפופה יותר, מה שמעיד על כך ששיקום התנגדות שיפר את היווצרות העצם. למעשה, העצמות הפצועות של החולדות שאומנו בהתנגדות הציגו תכונות מכניות, כגון מומנט ונוקשות, הדומות לאלו של עצמות לא פגועות.
זה מצביע על אימון התנגדות משפר את ההתאוששות, אפילו ללא תרופות נוספות או ממריצים ביולוגיים, אמר גולדברג.
חומרים ביולוגיים כמו BMP, מולקולה המעודדת צמיחת עצם, משמשים לעתים קרובות במחקרי התחדשות. עם זאת, הצוות של גולדברג הוכיח התאוששות תפקודית מלאה באמצעות אימוני התנגדות בלבד, והדגיש את הפוטנציאל שלו ליישום קליני.
"אחד ההיבטים המשפיעים ביותר של העבודה הזו הוא ששיקום ההתנגדות שלנו יכול לשקם את עצם הירך לכוח נורמלי תוך שמונה שבועות ללא חומרים ממריצים ביולוגיים, ואנחנו ממש נרגשים מזה", אמר וויליאמס, המחבר הראשי של המחקר.
מגבלה אחת של המחקר היא שכל החיות קיבלו רמה קבועה של עמידות לאורך כל הניסוי. עם זאת, חוקרים במעבדת גולדברג חוקרים כעת כיצד עליה או ירידה ברמות עוצמת השיקום לאורך שבועות של ריפוי עשויה להשפיע על התחדשות העצם.
למרות שהמחקר נערך במכרסמים, הצוות מקווה ששיקום המאפשר נתונים יכול לשמש גם לשיפור הריפוי בחולים אנושיים הסובלים מפציעות שרירים ושלד. לקראת מטרה זו, Penderia Technologies, חברת סטארט-אפ Knight Campus, עובדת על שיפורים נוספים בחיישנים המושתלים, כולל עיצוב נטול סוללות מוניטורים לבישים כדי לסייע לשימוש בחולים אנושיים. לאחר סיום הלימודים בדצמבר, וויליאמס יצטרף לד"ר אונג ולצוות ההולך וגדל של פנדריה כדי להמשיך ולחקור את התרגום הקליני של חיישני המתח הפרה-קליניים המשמשים במחקר זה.
"אנו מקווים שיום אחד ניתן יהיה לתרגם את העבודה הזו להגדרות קליניות, שבהן חיישנים אלו יכולים ללכוד מדידות מותאמות אישית המתייחסות לסוג וחומרת הפציעה כדי לספק את החלטות השיקום בצורה הטובה ביותר", אמר גולדברג.
