De fleste medicinske implantater – fra pacemakere til insulinpumper – fungerer isoleret uden mulighed for at koordinere med hinanden. Det kan nu ændres. Et forskerhold fra Georgia Tech har designet SWANS (Smart Wireless Autonomous Networking System), som sender signaler gennem kropsvævet som naturlige ledninger i stedet for at stole på radiobølger og antenner.
Problemet med radiokommunikation inden i kroppen er mangesidet. For det første er der energiforbruget. Når Bluetooth-komponenter skal være aktive og kunne svare inden for millisekunder, dræner det implantatets batteri drastisk. Ifølge forskningen reducerer Bluetooth-kommunikation batteriets levetid med op til 90 procent – en størrelse, som ingen ville acceptere i en permanent implantet enhed.
“Hvis du vil have et implantat, der forbliver i en aktiv tilstand, så det kan svare inden for millisekunder, er det meget vanskeligt at gøre det med Bluetooth-systemet,” forklarer Alex Abramson, ingeniør fra Georgia Tech og medforfattter på studiet.
Det andet problem er, at radiobølger ikke trænger godt gennem kropsvævet. Både Bluetooth og near-field communication (NFC) bliver stærkt dæmpet, når de skal gennem væv. Det betyder, at radiokommunikation mellem implantater kun fungerer over korte afstande – typisk ikke mere end en centimeter gennem væv. Og så er der størrelsesspørgsmålet: radiokommunikation kræver antenner, og kommercielle Bluetooth-komponenter skal være mindst fem millimeter brede. Det gør, at implantater under tre millimeter – som kan injiceres under lokalanæstesi på klinikken – ikke kan få Bluetooth.
Løsningen, som Abramson og hans hold har udviklet, stammer fra inspirationen af kroppens eget kommunikationssystem: nervesystemet. “Nervesystemet kan tage en masse input fra hele kroppen, høste alle de data og træffe en specifik beslutning. Og vores system efterligner det,” siger Abramson.
SWANS er baseret på ionledning – det samme princip som nerveceller bruger til at kommunikere. Neuroner sender signaler ved at transportere natrium- og kalium-ioner gennem deres membraner, hvilket skaber spændingsforskelle. “Men i stedet for at bruge nerver bruger vi normalt kropsvæv til at sende de signaler,” forklarer Abramson.
Systemet lovende på flere områder: det reducerer energiforbruget drastisk sammenlignet med radiokommunikation, det fungerer gennem kropsvævet uden dæmpning, og det muliggør kommunikation mellem meget små implantater, som ellers ville være umulige at koordinere. For patienter med flere implantater – hvad enten det er en insulinpumpe, en pacemaker og en sensor – betyder det, at disse enheder kan dele informationer og tage samordnede beslutninger, noget som kunne forbedre behandlingen og reducere risikoen for fejl.