Opatrunek, który myśli: jak nowa technologia wykrywa infekcje.

Rany, zwłaszcza przewlekłe  takie jak owrzodzenia cukrzycowe, odleżyny czy rany pooperacyjne stanowią poważne wyzwanie terapeutyczne. Niezauważone infekcje mogą prowadzić do rozwoju stanu zapalnego, martwicy, a w skrajnych przypadkach do amputacji lub sepsy. Dotychczas ocena rany wymagała jej odsłonięcia, co bywało bolesne, opóźniało gojenie i niosło ryzyko wprowadzenia dodatkowych patogenów. Dzięki biosensorom wbudowanym w strukturę opatrunku możliwe staje się prowadzenie ciągłej, nieinwazyjnej obserwacji, bez potrzeby zdejmowania opatrunku.

Kluczowym biomarkerem, który pozwala wykrywać zakażenie, jest pH  w zdrowych ranach środowisko jest lekko kwaśne, natomiast w wyniku infekcji staje się zasadowe. Inteligentne opatrunki mogą zawierać czujniki zmieniające kolor w odpowiedzi na zmianę pH, co widoczne jest gołym okiem lub może być zarejestrowane przez aparat w smartfonie i przesłane do lekarza. Niektóre z tych materiałów działają także elektrochemicznie, rejestrując zmiany przewodnictwa elektrycznego w reakcji na obecność metabolitów bakteryjnych  takich jak kwas moczowy czy aminokwasy fermentujące.

Nowoczesne opatrunki nie ograniczają się do biernej rejestracji danych. Coraz częściej łączą funkcje diagnostyczne i terapeutyczne. Takie opatrunki wykryć infekcję na podstawie zmian w środowisku chemicznym rany i jednocześnie uwolnić odpowiedni lek, taki jak antybiotyk czy substancja przeciwzapalna. Reakcja zachodzi tylko wtedy, gdy parametr biomedyczny przekroczy określony próg, co pozwala ograniczyć niepotrzebne leczenie i ryzyko oporności na antybiotyki.

Niektóre z najbardziej zaawansowanych systemów wykorzystują materiały pochodzenia biologicznego  jak jedwab (silk fibroin), hydrożele oparte na DNA, a nawet nanodiamenty  które zapewniają biozgodność, elastyczność i możliwość pełnej integracji z powierzchnią skóry. Czujniki fluorescencyjne reagujące na ciepło lub obecność enzymów bakteryjnych pozwalają rejestrować mikrozmiany temperatury na poziomie nanometrów. Tego typu dokładność sprawia, że infekcje mogą być wykryte nawet na kilka godzin przed pojawieniem się objawów klinicznych, takich jak zaczerwienienie, gorączka czy wysięk.

Niektóre inteligentne opatrunki działają zupełnie bezprzewodowo i bez potrzeby baterii. Zmiany parametrów chemicznych w ranie –np. rozpuszczanie hydrożelu przez enzymy produkowane przez bakterie  wpływają na właściwości fizyczne materiału (np. jego pojemność dielektryczną), co może być odczytane przez telefon wyposażony w technologię NFC. Dzięki temu pacjent może w dowolnym momencie sprawdzić stan rany bez kontaktu z lekarzem, a dane mogą być automatycznie przekazywane do centrum monitorowania.

Korzyści z zastosowania inteligentnych opatrunków są wielowymiarowe. Przede wszystkim zwiększają bezpieczeństwo pacjenta i skracają czas gojenia rany. Dzięki wczesnemu wykrywaniu infekcji zmniejszają konieczność antybiotykoterapii oraz ryzyko poważnych powikłań. Wspierają telemedycynę i pozwalają na opiekę nad pacjentem w domu, ograniczając potrzebę hospitalizacji. Co więcej, dostarczają obiektywnych danych, które mogą być wykorzystane do dokumentacji leczenia i analizy skuteczności terapii. Inteligentne opatrunki wpisują się również w szerszy trend medycyny spersonalizowanej, oferując opiekę dostosowaną do potrzeb i reakcji konkretnego pacjenta.

Choć wiele z tych technologii znajduje się jeszcze w fazie testów przedklinicznych lub badań pilotażowych, ich szybki rozwój i pozytywne wyniki sprawiają, że wdrożenie do praktyki klinicznej jest jedynie kwestią czasu. Główne wyzwania, jakie stoją przed producentami i badaczami, to zapewnienie długoterminowej stabilności sensorów, uzyskanie odpowiednich certyfikatów i norm bezpieczeństwa oraz integracja z systemami ochrony zdrowia. Równie ważna jest edukacja personelu medycznego oraz pacjentów, by nowe technologie były prawidłowo stosowane i akceptowane przez użytkowników.

Rozwój inteligentnych biosensorów i ich integracja z materiałami opatrunkowymi to przełom, który zmienia sposób, w jaki postrzegamy leczenie ran. Z pasywnego zakładania opatrunku przechodzimy do aktywnego zarządzania procesem gojenia  w czasie rzeczywistym, zdalnie, bezpiecznie i skutecznie. Takie rozwiązania nie tylko ratują zdrowie, ale przyczyniają się również do odciążenia systemów opieki zdrowotnej i zwiększenia samodzielności pacjentów. To jeden z najważniejszych kroków w stronę nowoczesnej, cyfrowej i zindywidualizowanej medycyny.

Autor: Dr n. o zdr. Magdalena Korżyńska-Piętas, Prof. UM

Pusta A, Tertiș M, Cristea C, Mirel S. Wearable Sensors for the Detection of Biomarkers for Wound Infection. Biosensors (Basel). 2021 Dec 21;12(1):1. doi: 10.3390/bios12010001. PMID: 35049629; PMCID: PMC8773884

Prakashan D, P R R, Gandhi S. A Systematic Review on the Advanced Techniques of Wearable Point-of-Care Devices and Their Futuristic Applications. Diagnostics (Basel). 2023 Feb 28;13(5):916. doi: 10.3390/diagnostics13050916. PMID: 36900059; PMCID: PMC10001196.