Et trådløst implantat, der kan registrere og smertefrit korrigere uregelmæssige hjerteslag, er blevet afsløret af forskere i USA. Ledet af Philipp Gutruf ved University of Arizona baserede teamet deres design på et fleksibelt mesh, der omgiver og overvåger hjertet. Optiske signaler genereret af en indbygget computer bruges til at målrette muskelceller i hjertet mere præcist end eksisterende pacemakere. Denne tilgang kan føre til enheder, der er langt mere behagelige for millioner, der lider af hjertesygdomme.
Arytmi er hjertets unormale slag, og det kan være forårsaget af en bred vifte af sygdomme. For mange mennesker kan arytmi behandles ved at implantere en batteridrevet pacemaker/defibrillator, som overvåger hjerteslag ved at detektere de elektriske signaler, de producerer. Når der opstår tegn på arytmi, sender enheden et elektrisk stød mellem et par ledninger, der er forbundet direkte til hjertet. Dette stimulerer muskelcellerne i hjertet, hvilket fører til genoprettelse af en regelmæssig hjerterytme.
Pacemakere har reddet millioner af liv globalt, men er meget invasive enheder. Ikke kun er enhederne omfangsrige og ufleksible; de stød, de afgiver, stimulerer også smertereceptorer i hjertet.
Lysfølsomme biomolekyler
For at forbedre dette design udforskede Gutrufs team en tilgang baseret på optogenetisk stimulering. Dette involverer stimulering af lysfølsomme biomolekyler, der findes i specifikke typer celler: i dette tilfælde muskelceller kaldet cardiomyocytter. Disse celler er ansvarlige for at udløse hjertets regelmæssige sammentrækning og indeholder altafgørende et specifikt lysfølsomt protein, som ikke findes i smertereceptorer.
Holdets design, der drives trådløst af en ekstern antenne, har et tyndt, fleksibelt mesh, der omslutter hjertet. Nettet overvåger orglets elektriske signaler, som analyseres af en indbygget computer, der bruger specialiserede algoritmer.
Hvis computeren registrerer arytmi, dirigerer nettet nettet til at udsende optiske signaler, der får lysfølsomme kardiomyocytter til at trække sig sammen i regelmæssige mønstre. Da dette lys ikke interfererer med de elektriske signaler, der detekteres af nettet, kan enheden fortsætte med at overvåge hjertet, selv når der afgives livreddende optiske signaler.
Målrettet tilgang
Ifølge forskerne giver deres design flere fordele i forhold til konventionelle pacemakere. Dets trådløse strømsystem fjerner behovet for at udskifte implanterede batterier, hvilket i øjeblikket sker hvert femte til syvende år. Desuden kan algoritmerne programmeres til at målrette specifikke typer af arytmier – hvoraf mange kræver mere komplekse behandlinger end eksisterende pacemakere kan levere.
Midlertidig pacemaker regulerer hjerterytmen og forsvinder derefter helt
Atrieflimren kan for eksempel få hjertets øvre og nedre kammer til at begynde at slå ude af sync. Hvis en algoritme kunne trænes til at genkende dette, kunne computeren skræddersy de optiske signaler, der sendes ud af nettet, hvilket gør behandlingen langt mere effektiv og behagelig.
Efter at have testet deres enhed på musenes hjerter er Gutruf og kolleger nu overbeviste om, at deres tilgang snart kan føre til en ny generation af smartere, mindre invasive pacemakere. Hvis det opnås, kan dette i sidste ende forbedre livskvaliteten for millioner af mennesker, der i øjeblikket lider af hjertearytmier.
Forskningen er beskrevet i Science Forskud.
