你现在应该跑去洗手间吗?或者你能坚持到回家吗?新的植入物和相关的智能手机应用程序有一天可能会消除方程式中的猜测工作。

西北大学的研究人员开发了一种新型柔软、灵活、无电池的植入物，可以附着在膀胱壁上来感知充盈情况。然后，它同时以无线方式将数据传输到智能手机应用程序，以便用户可以实时监测膀胱充盈度。

该研究将于下周发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。它标志着生物电子传感器的第一个例子，可以长时间连续监测膀胱功能。

虽然这种新设备对普通人来说是不必要的，但对于患有瘫痪、脊柱裂、膀胱癌或终末期膀胱疾病的人来说，它可能会改变游戏规则——这些人的膀胱功能经常受到损害，可能需要膀胱重建手术。该传感器系统还可以使临床医生能够远程持续监控患者，以做出更明智、更快速的治疗决策。

“如果膀胱神经因手术或脊柱裂等疾病而受损，那么患者通常会失去知觉，并且不知道自己的膀胱已满，” 这项工作的联合领导者、西北大学的吉列尔莫·A·阿米尔 (Guillermo A. Ameer)说。 “为了排空膀胱，他们经常不得不使用导尿管，这很不舒服，并且可能导致痛苦的感染。我们希望消除导管的使用并绕过当前的膀胱功能监测程序，这些程序具有高度侵入性，非常令人不愉快，并且必须在医院或临床环境中进行。”

阿米尔是再生工程专家，是西北大学 麦考密克工程学院生物医学工程丹尼尔·黑尔·威廉姆斯教授和西北大学范伯格医学院 外科教授 。他还负责指导 由美国国立卫生研究院资助的高级再生工程中心和博士前再生工程培训项目。

阿米尔与西北大学的约翰·A·罗杰斯 和 阿伦·夏尔马共同领导了这项研究 。作为生物电子学先驱，罗杰斯是麦考密克和范伯格大学材料科学与工程、生物医学工程和神经外科的 Louis Simpson 和 Kimberly Querrey 教授。他还领导 奎里辛普森生物电子研究所。 Sharma 是 Feinberg 泌尿外科和 McCormick 生物医学工程研究副教授。他还是芝加哥 Ann & Robert H. Lurie 儿童医院Stanley Manne 儿童研究所 的 小儿泌尿再生医学主任 。

其运作方式和初步结果

由于神经、大脑或脊髓的问题，数百万美国人患有膀胱功能障碍。这些问题可能是由先天性缺陷引起的，例如脊柱裂(一个人出生时脊柱就受损)或一生中任何时候遭受的外伤。如果不及时治疗，严重的膀胱功能障碍会导致日常感染和排尿问题，最终导致肾脏损伤，从而影响整个身体。让医生能够远程监控患者可以更快地进行干预。

为了监测膀胱，新设备包含多个传感器，这些传感器一起工作来测量一个简单的参数：应变。当膀胱充满时，它会扩张。膀胱越充盈，伸展得越多。这种拉伸会拉动类似弹性的装置来发出应变信号。同样，当膀胱排空时，它会收缩，从而缓解压力。当传感器检测到不同程度的应变时，该设备使用嵌入式蓝牙技术将该信息传输到智能手机或平板电脑。

罗杰斯说：“这里的关键进展是开发超软、超薄、可拉伸的应变片，它可以轻轻地包裹膀胱的外表面，而不会对自然填充和排空行为施加任何机械限制。”

在小动物研究中，该系统成功地实时测量了 30 天的膀胱充盈和排空情况。然后，在一项使用非人类灵长类动物的研究中，该系统成功地传递了八周的信息。研究人员还证明，传感器足够灵敏，可以检测极少量尿液中的压力。

“这项工作是同类中第一个适合人类使用的工作，”阿米尔说。 “我们展示了该技术的潜在长期功能。根据使用案例，我们可以将技术设计为永久驻留在体内或在患者完全康复后无害地溶解。”

膀胱再生和功能恢复

尽管这项新技术本身很有用，但 Ameer 认为它是膀胱功能恢复完全集成系统的组成部分。

就在上个月，Ameer 和 Sharma 推出了一种可生物降解的合成柔性“膀胱贴片”， 该贴片发表在 PNAS Nexus 上。这种基于柠檬酸盐的“贴片”——被称为促再生支架(PRS)——接种了患者自己的干细胞，使外科医生能够重建或重建膀胱，而无需采集肠道组织，这是目前的临床标准这次手术。该“补片”与天然膀胱组织一起扩张和收缩，支持膀胱细胞的迁移和生长。然后它慢慢溶解，留下新的膀胱组织。研究人员证明，新组织在整个两年的研究中仍然保持功能。

“我们正在努力将我们的膀胱再生技术与这种新型无线膀胱监测技术相结合，以恢复膀胱功能并监测手术后的恢复过程，”阿米尔说。 “这项工作使我们更接近智能再生系统的现实，这些系统是可植入的促再生设备，能够探测其微环境，以无线方式向体外报告这些发现(向患者、护理人员或制造商)，并能够按需或编程改变路线并提高设备性能或安全性的响应。”

夏尔马说：“这项技术代表了一项重大进步，因为目前没有其他基于组织工程的方法可供这些患者使用。” “我相信这将有助于改善许多患者的生活质量，他们现在将能够避免使用肠道组织及其各种并发症。”