В ЛЭТИ создали прототип «умного» браслета для экстренного введения инсулина в организм
Разработка оснащена массивом микроигл, созданных с помощью 3D-печати. В будущем подобные устройства могут найти массовое применение и использоваться в качестве индивидуальных средств для терапии диабета.
Сахарный диабет – это группа хронических заболеваний, характеризующееся высоким уровнем сахара в крови из-за недостатка инсулина или нарушения его действия. По данным Всемирной организации здравоохранения, в мире различными формами диабета страдают около половины миллиарда человек. Опасность диабета заключается в его осложнениях, которые могут привести к серьезным последствиям для здоровья, включая сердечно-сосудистые заболевания, повреждение почек, нервов, глаз или даже к летальному исходу.
Лечение диабета включает контроль уровня сахара в крови, соблюдение специальной диеты, физическую активность или применение медикаментов/инсулина. В частности, существуют несколько типов диабета, каждый из которых требует особого подхода к лечению и управлению состоянием. При диабете 1-го типа, в некоторых случаях при более поздних стадиях диабета 2-го типа, а также гестационном диабете, возникающем во время беременности, необходима инсулиновая терапия.
Сегодня современные технологии для управления диабетом, такие как системы мониторинга глюкозы и инсулиновые помпы значительно улучшают качество жизни, однако они являются дорогостоящими и недостаточно удобными при длительном использовании.
По этим причинам необходимы более удобные и доступные решения для улучшения контроля над диабетом. Перспективными являются «умные» технологии, которые могут интегрироваться в одежду или повседневные аксессуары. Эти устройства способны собирать информацию о состоянии здоровья человека, а в случае необходимости – доставлять лекарства прямо в организм и оперативно уведомлять о любых признаках недомогания.
Научная группа Института силовой электроники и фотоники (ИСЭФ) СПбГЭТУ «ЛЭТИ» уже длительное время ведет работу по разработке устройства для экстренного введения инсулина в организм человека при диабете. Так, некоторое время назад ученые создали «умный» пластырь – микроэлектронное устройство с массивом специальных микроигл, резервуаром для лекарства и микронасосом для обеспечения его введения. В то время для получения игл они сконструировали специальную установку, позволяющую получать их методом литья под давлением, но такая технология не позволила получать массив с необходимым количеством игл.
«На данном этапе мы смогли создать прототип более усовершенствованного носимого компактного устройства. Он представляет собой браслет с микроэлектронным прибором – массивом полых микроигл, который был получен методом 3D-печати. Основной принцип его работы заключается в разрушении кожного покрова микроиглами, за счет чего создаются каналы микронного размера, через которые лекарство поступает непосредственно к верхнему слою кожи для дальнейшего проникновения в системный кровоток. Таким образом, разработка позволяет обеспечить меньшую инвазивность и длительность проведения процедуры без участия медицинского персонала», – рассказала руководитель проекта, научный сотрудник ИСЭФ СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Дарья Сергеевна Адамович.
Для исследования функции переноса вещества через каналы микроигл был разработан специальный стенд, а также проведены испытания базовой функции массива микроигл – переноса вещества через каналы под действием управляемого давления.
Введение препарата (до 4 мл) в организм осуществляется однократным нажатием на кнопку. Иглы микронных размеров прокалывают роговой слой кожи, подводя препарат к эпидермису или верхнему слою дермы, откуда он беспрепятственно проникает в системный кровоток. Человек при этом не будет испытывать боль, поскольку иглы не доходят до нервных окончаний. Повреждения кожи минимальны, а заживление происходит достаточно быстро, что по сравнению с обычными инъекциями снижает риск инфицирования человека, а также может применяться самостоятельно и обеспечивает быстрое проникновение препарата в организм.
Полые микроиглы обеспечивают максимальную скорость переноса вещества – до 2 мл/мин. Они выполняют только транспортную функцию, позволяя доставлять жидкие лекарственные формы без необходимости переводить их в твердое состояние. Это также исключает необходимость изменения нормативной документации, касающейся введения фармакологических средств в растворе нужной концентрации. Объем вводимого вещества зависит от размеров резервуара, соединенного с каналами микроигл.
«В перспективе мы хотим модернизировать устройство, которое будет включать не только массив полых микроигл, но и гидродинамическую систему с каналами, резервуар для препарата и глюкометр. Инсулиновая помпа малых размеров будет закрепляться к браслету, жидкость в которой можно будет обновлять. В настоящее время мы также рассматриваем возможность разработки конструкции, которая позволит вводить инсулин в строго определенное время и в заданном количестве», – подчеркнул ведущий научный сотрудник ИСЭФ СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Иван Константинович Хмельницкий.
Создание устройств для диагностики и лечения опасных заболеваний является результатом многолетней работы ученых ЛЭТИ по разработке и внедрению в широкую медицинскую практику различных видов недорогих и экологичных технологий «умной» одежды и гибкой электроники, а также систем биомедицинского анализа.
Исследование «Разработка системы трансдермального введения лекарственных препаратов с помощью массива полых микроигл» выполняется при поддержке Комитета по науке и высшей школе (регистрационный номер заявки 9-ЗДР).