Älylaastari hoitaa tulevaisuuden haavat

VTT:n tiimipäällikkö Pekka Pursula näyttää laboratoriossa kädessään olevaa laastaria. Se on puolen kämmenen kokoinen, läpinäkyvä ja taipuisa. Laastarissa kulkee hopeanvärisiä johtimia ja johtojen päällä näkyy kirkasta hydrogeeliä. Kehitystyö on vielä kesken, mutta tässä on kovaa vauhtia kehittymässä älylaastari, jolla erityisesti isoja haavoja hoidetaan tulevaisuudessa.

Älylaastari laitetaan iholle kuten normaali laastari, mutta haavatyynynä toimivaan nanosellupohjaiseen hydrogeeliin voidaan lisätä lääkeainetta, joka vapautuu elimistöön vähitellen hoitaen vammaa. Laastarissa on mukana myös sähköisiä antureita, jotka antavat tietoa haavan paranemisesta.

Esimerkiksi diabeetikoilla tai palovammapotilailla voi olla isoja ja hitaasti paranevia haavoja ihollaan. Tällaisten haavojen siteitä joudutaan vaihtamaan jopa päivittäin. Itse haavan paraneminen ei sitä välttämättä edellytä, vaan on vain päästävä tarkastamaan, onko haava esimerkiksi tulehtumassa. Kun paranemista seurataan elektrodien avulla, ei siteitä tarkastuksen takia tarvitse avata.

”Tämä on tärkeää, koska kun poistamme haavaa suojaavat siteet turhaan, altistuu haava myös uusille bakteereille, jotka voivat aiheuttaa uusia tulehduksia”, kertoo Pursula.

Monen rintaman haasteet

Kehitystyö edellyttää uutta osaamista monella rintamalla. Pursula kertoo, että hänen tiimissään älylaastaria kehittävät tutkijat, joilla on erityisosaamista niin fysiikan, kemian kuin biologiankin puolelta.

Ensinnäkin isojen laastarien on yksinkertaisesti pysyttävä paikoillaan ja tunnuttava mukavilta. Tutkijat joutuvat tekemään työtä sen kanssa, että käytetyt materiaalit soveltuvat iholle mukavuutensa, hengittävyytensä ja myrkyttömyytensä osalta. Lisäksi laastarin pitää luoda haavalle hyvät paranemisolosuhteet, esimerkiksi nanoselluhydrogeeli muun ohessa sitoo kosteutta.

Älylaastari laitetaan iholle, jossa nanosellupohjaisesta hydrogeeliistä vapautuu lääkeainetta ja anturit seuraavat haavan paranemista. 

Geeli paikalleen 3D-tulostimella

Nanoselluhydrogeeli tulostetaan laastarille haluttuun muotoon 3D-tulostimella. Ristikkorakenne luo hengittävän ja muodoltaan pysyvän rakenteen. Tulostettavien nanoselluhydrogeelien kehitys edellyttää sekä käytännön tulostuskokeita 3D-tulostimella että teoreettista materiaalimallinnusta.

3D-tulostimen kärjestä laastariin puristettavaan hydrogeeliin voidaan sitoa erilaisia lääkeaineita, jotka auttavat haavaa paranemaan. Tulostuksen ansiosta sekä haavatyynyn muoto että lääkeaineet voidaan yksilöllisesti räätälöidä kullekin potilaalle sopiviksi. Lääkeaineiden haluttu annostus edellyttää kuitenkin nanosellun ja bioaktiivisten lääkeaineiden yhdistämisen tarkkaa tuntemusta ja tutkimusta. Tässä on esimerkki tutkimushankkeen monitieteisyydestä - lääkeaineiden sitomista hydrogeeliin tutkii projektissa professori Vesa Hytösen ryhmä Tampereen yliopistolta.

Vielä toistaiseksi haavan paranemistiedot luetaan kiinnittämällä laastari lukijalaitteeseen, mutta tavoitteena on lukea tiedot haavan paranemisesta langattomasti tulevaisuudessa.

3D-tulostin tulostaa hydrogeeliä älylaastarille. Ristikkorakenne luo hengittävän ja muodoltaan pysyvän rakenteen. Kuva: Pekka Pursulan tutkimusryhmä.

Anturit seuraavat paranemista

Anturit seuraavat haavan paranemista mittaamalla laastarin alle kertyvän nesteen määrä sähköisesti. Tieto siirretään laastarista tietokoneelle, joka analysoi haavan paranemisen tilan.

Tavoitteena on langaton tiedonsiirto. Nyt Pursula lukee laastarin keräämän tiedon kytkemällä laastarin lukulaitteeseen, joka siirtää tiedon lankoja pitkin tietokoneelle. Tästä on kuitenkin tarkoitus päästä eroon. Tutkijat kehittävät älylaastaria langattomaksi, jolloin tieto laastarista kulkee reaaliaikaisesti tietokoneelle.

Koska laastareita ei kytketä käytössä ulkoisiin virtalähteisiin, on myös virrankulutuksen oltava pieni.

Esineiden internet tulee lääketieteeseen

Pursulan työryhmän älylaastari on esimerkki esineiden internetin eli Internet of Things – ilmiön vyörymisestä lääketieteeseen. Pienet, huokeat ja vähän energiaa kuluttavat anturit ilmestyvät vähän joka paikkaan ja alkavat kerätä tietoa siirtäen sen eteenpäin internetin yli minne ikinä tarvitaankaan.

Lääketieteessä tämä antaa paljon mahdollisuuksia, koska potilaiden voinnin muutosta voidaan seurata jatkuvasti ja tieto voidaan analysoida koko ajan tietokoneilla. Pienetkin muutokset havaitaan näin heti ja lääkeaineiden tehoa voidaan tarkkailla. Lopputuloksena voimme saada entistä täsmällisempää hoitoa, eivätkä tulehdukset tai vastareaktiot pääse enää yllättämään yhtä helposti kuin aiemmin.

Tulevaisuudessa älylaastarit voisivat jopa tunnistaa kehittyviä sairauksia, koska tieto kehon muutoksista siirtyy jatkuvasti käsiteltäväksi. Älylaastareilla voitaisiin myös korvata kivuliaita pistoksia ja lääkeaineet annostella yhä tarkemmin esimerkiksi potilaan koon mukaan. Älylaastarin lääkeaineet siirtyisivät myös elimistöön tasaisesti eivätkä ne jää potilaalta ottamatta. Ohuina kevyinä suikaleina älylaastarit myös mahdollistaisivat normaalin elämän lääkeaineen jatkuvasta annostelusta ja seurannasta huolimatta.

 Kuvat ja video: Visa Noronen