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I2T2 (Intelligent Injector for Tissue Targeting): Erfindung einer hochsensiblen Injektion, die genau auf das Gewebe abzielt

INGENIEURWISSENSCHAFTENI2T2 (Intelligent Injector for Tissue Targeting): Erfindung einer hochsensiblen Injektion, die genau auf das Gewebe abzielt

In Tiermodellen wurde ein neuer innovativer Injektor getestet, der Medikamente an schwierige Körperstellen abgeben kann

Nadeln sind das wichtigste Werkzeug in Medizin da sie für die Abgabe unzähliger Medikamente in unseren Körper unverzichtbar sind. Die Spritzen und Hohlnadeln von heute werden seit Jahrzehnten zur Entnahme von Flüssigkeiten und Blut aus unserem Körper verwendet und sind für viele invasive heikle medizinische Verfahren wie die Dialyse wichtig. Der Versuch, mit einer herkömmlichen Nadel einer Spritze gezielt auf bestimmte Gewebe zu zielen, ist eine anspruchsvolle Aufgabe und wird durch die Fähigkeiten und das Maß an Präzision des medizinischen Personals begrenzt, da dieser Prozess hauptsächlich durch das eigene Druck- und Tastgefühl gesteuert wird, da sich das Gewebe jedes Patienten anders anfühlt . Obwohl selten über Verletzungen oder Infektionen berichtet wurde, kann eine Grippeimpfung manchmal extreme Schmerzen und Muskelschäden verursachen. In Standardnadeln wurde kein neues Design speziell in Bezug auf ihre Genauigkeit eingearbeitet.

Herkömmliche Nadeln sind schwierig und riskant zu verabreichen Medikation bis hin zu empfindlichen Regionen unseres Körpers, zum Beispiel der Raum hinter unserem Auge. Der suprachoroidale Raum (SCS), der sich zwischen Sklera und Aderhaut im hinteren Teil des Auges befindet, ist mit einer herkömmlichen Nadel sehr schwer zu erreichen, hauptsächlich weil die Nadel sehr präzise sein muss und sie nach dem Übergang durch die Sklera stoppen muss – deren Dicke weniger als 1 mm beträgt – um Schäden an der Netzhaut zu vermeiden. Diese Region wird als wichtig für die Abgabe vieler Medikamente angesehen. Jeder Fehler kann zu einer schweren Infektion oder sogar zur Erblindung führen. Andere herausfordernde Bereiche sind der Peritonealraum im Abdomen und das Gewebe zwischen Haut und Muskeln und der Epiduralraum um den Rückenmark bei denen während der vaginalen Entbindung eine Periduralanästhesie durchgeführt wird.

Eine neue druckempfindliche Nadel

In einer Studie veröffentlicht Natur Biomedizintechnik Forscher des Brigham and Women's Hospital, USA, haben ein neuartiges intelligentes und hochpräzises Injektion für das Targeting von Geweben – genannt I2T2 (intelligenter Injektor für das Targeting von Geweben). Sie zielten darauf ab, das Gewebe-Targeting zu verbessern und gleichzeitig das Design sauber, einfach und praktisch zu halten. Die I2T2 Das Gerät wurde unter Verwendung einer Standard-Subkutannadel und anderer Teile von handelsüblichen Spritzen hergestellt und besteht funktionell aus I2T2 aus leichten Modifikationen des traditionellen Spritzen-Nadel-Systems. Es handelt sich um eine Gleitnadel, die die äußere Gewebeschicht durchdringen kann, dann automatisch an der Grenzfläche zweier Gewebeschichten anhalten und den Spritzeninhalt in den Zielbereich freigeben kann, wenn der Benutzer den Spritzenkolben drückt.

Der I2T2 besteht aus einem Druckkolben, einem Nadelkolben, einem mechanischen Anschlag, Flüssigkeit und einer beweglichen Nadel. Die Nadel ist auf dem Nadelstößel montiert, einem Gleitträger, der eine präzise Bewegung entlang der Achse des Spritzenzylinders ermöglicht. Zuerst wird die Nadelspitze in geringer Tiefe in das Gewebe eingeführt, jedoch gerade so weit, dass ein Flüssigkeitsfluss durch die Nadel vermieden wird. Diese Phase wird als „Pre-Insertion“ bezeichnet. Der Spritzenzylinder verhindert ein unberechtigtes Eindringen und die mechanische Sperre des Nadelkolbens verhindert eine unerwünschte Rückwärtsbewegung der Nadel. Während der zweiten Phase, die als „Gewebepenetration“ bezeichnet wird, wird die innere Flüssigkeit durch Drücken des Kolbens unter Druck gesetzt. Die auf die Nadel wirkenden Antriebskräfte (die eine Vorwärtsbewegung der Nadel ermöglichen) überwinden die Gegenkräfte (die der Nadelbewegung entgegenwirken) und schieben die Nadel tiefer in das Gewebe vor, während der Spritzenzylinder unbeweglich bleibt. Diese Kräfte spielen eine entscheidende Rolle bei der Steuerung der Nadelbewegung und auch beim automatischen Stoppen. Wenn die Nadelspitze in den gewünschten Zielraum eindringt, beginnt Flüssigkeit auszutreten, um den Innendruck zu verringern, was dann die Antriebskraft unter die Gegenkraft senkt und dies anschließend die Nadel an der Kavitätsschnittstelle stoppt. Während dieser dritten Phase, die als „gezielte Abgabe“ bezeichnet wird, wird die Spritzenflüssigkeit mit einem geringeren Widerstand in die Kavität abgegeben, da der Benutzer den Kolben in einer einzigen kontinuierlichen Bewegung drückt. Die Position der Nadel ist nun an der Grenzfläche Gewebe-Kavität fixiert. Da jedes biologische Gewebe in unserem Körper eine andere Dichte hat, erkennt ein integrierter Sensor in diesem intelligenten Injektor den Widerstandsverlust, wenn er sich durch weicheres Gewebe oder eine Kavität bewegt, und stoppt dann automatisch seine Bewegung, wenn die Nadelspitze ein Gewebe mit geringerem Widerstand durchdringt.

Das I2T2 wurde in extrahierten getestet Tissues Proben und drei Tiermodellen einschließlich Schafen, um die Abgabegenauigkeit in suprachoroidale, epidurale und peritoneale Räume zu bewerten. Die Injektion erkennt automatisch alle Widerstandsänderungen, um Medikamente in präklinischen Tests sicher und genau zu verabreichen. Der Injektor entscheidet sofort und ermöglicht so ein verbessertes Gewebezielen und ein minimales Überschießen in jede unerwünschte Stelle hinter dem Zielgewebe, die Verletzungen verursachen könnte. Die Studie soll auf präklinische Tests am Menschen und dann auf Versuche in den nächsten 2-3 Jahren ausgeweitet werden, um den Nutzen und die Sicherheit von Injektoren zu bewerten.

I2T2 bewahrt die Einfachheit und Kosteneffizienz von Standard-Spritzennadeln. Der Hauptvorteil des I2T2-Injektors besteht darin, dass er eine höhere Präzision aufweist und nicht auf die Fähigkeiten des Bedienpersonals angewiesen ist, da der Injektor einen Widerstandsverlust spüren kann, wenn er auf ein weicheres Gewebe oder eine Kavität trifft und dann den Nadelvorschub stoppt und beginnt, seine Ladung des therapeutischen Wirkstoffs in den Zielraum zu transportieren. Die Kolbenvorrichtung der Spritze ist ein einfaches mechanisches System und erfordert keine zusätzliche Elektronik. Die I2T2-Injektortechnologie ist eine neue Plattform, um eine bessere Gewebeanzielung an verschiedenen und schwierigen Stellen im Körper zu erreichen. Die Nadel ist einfach und leicht mit geringen Kosten herzustellen. Es war keine zusätzliche Technik oder Schulung erforderlich, um es zu bedienen. Eine derart vielseitige, sensible, kostengünstige und benutzerfreundliche Technologie könnte für zahlreiche klinische Anwendungen vielversprechend sein.

***

{Sie können das ursprüngliche Forschungspapier lesen, indem Sie auf den unten angegebenen DOI-Link in der Liste der zitierten Quellen klicken}

Quelle (n)

Chitnis GD et al. 2019. Ein mechanischer Injektor mit Widerstandserkennung für die präzise Abgabe von Flüssigkeiten an das Zielgewebe. Natur Biomedizinische Technik. https://doi.org/10.1038/s41551-019-0350-2

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