Stimulasi terkoordinasi dari microimplants membantu mengeksekusi gerakan tangan. Kredit: WILDDESIGN GmbH, Gelsenkirchen
Mereka hanya seukuran thumbnail, mampu berkomunikasi satu sama lain dan merespons satu sama lain, dan dirancang untuk membuat hidup lebih mudah bagi orang-orang dengan keterbatasan fungsional. Kita berbicara tentang generasi baru mikroimplan interaktif yang dikembangkan oleh kluster inovasi INTAKT, yang didukung oleh Kementerian Pendidikan dan Penelitian Federal Jerman (BMBF) dan dikoordinasikan oleh Institut Fraunhofer untuk IBMT Teknik Biomedis. Asisten mini ini dapat bertindak sebagai stimulus dalam kasus tinitus atau gangguan saluran pencernaan atau membantu tangan seseorang untuk mendapatkan kembali kemampuan menggenggam.
Pengembangan asisten mungil yang dapat ditanamkan di dalam tubuh ditujukan untuk meningkatkan kualitas hidup orang-orang dengan keterbatasan fungsional. Implan aktif seperti alat pacu jantung otak atau jantung dapat merangsang saraf melalui pulsa listrik. Tidak seperti banyak obat, mereka memiliki efek lokal langsung. Karena mereka bekerja menggunakan sinyal listrik, mereka hampir tidak memiliki efek samping. Namun, mereka memiliki beberapa kelemahan: Misalnya, sambungan kabel antara implan pusat dan elektroda dapat rusak, dan baterainya harus diganti secara teratur.
Kluster inovasi INTAKT (Interactive Microimplants) didirikan dengan tujuan untuk mengembangkan generasi baru microimplants aktif yang terhubung secara nirkabel yang dapat ditanamkan ke dalam tubuh seumur hidup. Dipimpin oleh Fraunhofer IBMT, 18 mitra cluster dari industri, sains, dan sektor medis mengembangkan jaringan hingga dua belas implan mikro yang dapat berkomunikasi satu sama lain secara nirkabel, aman, dan waktu nyata.
Pasien dapat menyesuaikan implan dengan kebutuhan mereka sendiri
Selain berkomunikasi satu sama lain, implan juga memungkinkan pasien dan dokter berkomunikasi dengan jaringan dari luar kapan saja. “Pasien dapat mengonfigurasi implan mereka agar sesuai dengan kebutuhan mereka saat ini kapan saja melalui laptop atau smartphone mereka dan mengoptimalkan proses perawatan atau pemulihan mereka dengan berkonsultasi dengan dokter mereka,” jelas Prof. Klaus-Peter Hoffmann, mantan kepala Teknik Biomedis di Fraunhofer IBMT . Hal ini memungkinkan dokter dan pasien untuk berkolaborasi secara setara.
Untuk proyek penelitian bersama INTAKT, mitra klaster memilih tiga bidang aplikasi: mengobati tinnitus dengan merangsang koklea, mengurangi gangguan motilitas dengan merangsang, menunda atau mengkoordinasikan gerakan usus, dan setidaknya memulihkan sebagian kemampuan tangan untuk menggenggam pada kasus paraplegia.
Dalam pengobatan tinnitus, pasien diberikan satu implan untuk setiap telinga. Implan merangsang jendela bundar koklea di telinga bagian dalam, memodulasi aktivitas saraf pendengaran dan “meredam” suara hantu yang membuat kehidupan sehari-hari begitu menyedihkan bagi sekitar sepuluh juta orang di Jerman. Gangguan motilitas gastrointestinal—gangguan pergerakan pada saluran gastrointestinal—dapat terjadi setelah operasi perut pada pasien diabetes atau lumpuh. Perawatan melibatkan penempatan implan pada titik-titik strategis di saluran pencernaan, di mana mereka masing-masing mengumpulkan data tentang aktivitas satu bagian dari sistem pasien dan kemudian mengirimkan informasi ini ke unit kontrol pusat. Unit ini menganalisis data dan menginstruksikan implan yang sesuai untuk merangsang bagian saluran usus yang terkena, memastikan proses pencernaan berjalan semulus mungkin.
Fungsi kompleks dalam kapsul kecil: Implan mikro terdiri dari papan sirkuit delapan lapis. Kredit: WILDDESIGN GmbH, Gelsenkirchen
Jaringan microimplant merangsang otot-otot di lengan bawah
Pemulihan sebagian dari fungsi mencengkeram pasien merupakan tantangan yang sangat kompleks. Untuk mengatasinya, otot lengan bawah dapat distimulasi hingga dua belas implan mikro, memulihkan hingga delapan gerakan tangan. Pasien mengontrol gerakan tangan mereka melalui sistem pelacakan mata di mana gerakan mata, kelopak mata, dan kepala tertentu mengirim perintah ke unit kontrol pusat, yang kemudian mengirimkan instruksi yang sesuai ke jaringan implan.
“Mengembangkan jaringan implan telah memunculkan beberapa keuntungan,” jelas Roman Ruff, insinyur listrik dan manajer grup di Fraunhofer IBMT. Salah satunya adalah biostabilitas yang ditingkatkan: “Kami mengintegrasikan sensor dan aktuator langsung ke rumah perangkat untuk menghindari kebutuhan koneksi kabel yang rapuh.” Sebagai gantinya, implan berinteraksi satu sama lain melalui sinyal nirkabel dan inframerah. Institut Fraunhofer untuk Sirkuit Terpadu IIS telah mengembangkan sirkuit terpadu spesifik aplikasi (ASIC) yang sangat mini untuk implan. ASIC dapat mendeteksi dan meneruskan biosinyal dari area seperti otot lengan atau perut dan usus sambil juga memicu sinyal listrik yang diperlukan untuk merangsangnya.
Baterai mengisi daya secara induktif dan adaptif
Masalah pasokan energi, bagaimanapun, menyebabkan hambatan dalam proses pengembangan miniatur berteknologi tinggi ini. Baterai menghabiskan ruang dan perlu diganti secara teratur. Ini sangat bermasalah ketika berhadapan dengan jaringan implan karena konsumsi energi setiap perangkat berbeda tergantung bagaimana perangkat itu digunakan. Cluster INTAKT memilih pengisian daya induktif sebagai gantinya. Ini berarti bahwa unit kontrol pusat dapat dengan andal memasok energi ke jaringan implan, 24 jam sehari. Di masing-masing dari tiga aplikasi yang dijelaskan di atas, pasien dapat memakai stasiun pangkalan ini baik sebagai manset di lengan atau perut atau sebagai perangkat yang dapat dikenakan di telinga.
“Pasokan energi eksternal ini memastikan bahwa jaringan implan akan tetap stabil dalam jangka panjang,” tegas Prof. Hoffmann. “Terlebih lagi, pasokan energi bersifat adaptif—setiap implan individu menerima jumlah energi yang tepat yang dibutuhkannya.” Dalam keadaan darurat, implan termasuk baterai untuk penyimpanan buffer; ini juga dibebankan melalui sistem induktif secara berkala.
Uji praklinis awal dan uji coba dengan pengguna eksperimental telah menunjukkan bahwa aplikasi yang dikembangkan sejauh ini oleh klaster INTAKT berfungsi sebagaimana mestinya. Ini hanyalah langkah pertama dari jalan panjang yang diakhiri dengan menempatkan pengembangan ke dalam praktik klinis sehingga dapat digunakan untuk membantu pasien.
Disediakan oleh Fraunhofer-Gesellschaft
Kutipan: Generasi baru microimplants (2023, 3 Februari) diambil 5 Februari 2023 dari https://medicalxpress.com/news/2023-02-generation-microimplants.html
Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari kesepakatan yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.