Forscher in den USA haben ein drahtlos betriebenes Implantat vorgestellt, das unregelmäßige Herzschläge erkennen und schmerzlos korrigieren kann. Angeführt von Philipp Gutruf An der University of Arizona basierte das Team bei seinem Design auf einem flexiblen Netz, das das Herz umgibt und überwacht. Optische Signale, die von einem Bordcomputer erzeugt werden, werden verwendet, um Muskelzellen im Herzen genauer anzusteuern als bestehende Herzschrittmacher. Dieser Ansatz könnte zu Geräten führen, die für Millionen von Herzkranken weitaus komfortabler sind.
Arrhythmie ist ein anormaler Herzschlag, der durch eine Vielzahl von Krankheiten verursacht werden kann. Bei vielen Menschen kann Arrhythmie behandelt werden, indem ein batteriebetriebener Schrittmacher/Defibrillator implantiert wird, der den Herzschlag überwacht, indem er die von ihm erzeugten elektrischen Signale erkennt. Wenn Anzeichen einer Arrhythmie auftreten, leitet das Gerät einen elektrischen Schock zwischen zwei Elektroden weiter, die direkt mit dem Herzen verbunden sind. Dadurch werden Muskelzellen im Herzen stimuliert, was zur Wiederherstellung eines regelmäßigen Herzschlags führt.
Herzschrittmacher haben weltweit Millionen von Menschenleben gerettet, sind aber höchst invasive Geräte. Die Geräte sind nicht nur sperrig und unflexibel; Die von ihnen abgegebenen Schocks stimulieren auch die Schmerzrezeptoren im Herzen.
Lichtempfindliche Biomoleküle
Um dieses Design zu verbessern, untersuchte das Team von Gutruf einen Ansatz, der auf optogenetischer Stimulation basiert. Dabei werden lichtempfindliche Biomoleküle stimuliert, die in bestimmten Zelltypen vorkommen: in diesem Fall Muskelzellen namens Kardiomyozyten. Diese Zellen sind für die Auslösung der regelmäßigen Kontraktion des Herzens verantwortlich und enthalten vor allem ein spezifisches lichtempfindliches Protein, das nicht in Schmerzrezeptoren vorkommt.
Das Design des Teams wird drahtlos von einer externen Antenne mit Strom versorgt und verfügt über ein dünnes, flexibles Netz, das das Herz umhüllt. Das Netz überwacht die elektrischen Signale des Organs, die von einem Bordcomputer analysiert werden, der spezielle Algorithmen verwendet.
Wenn der Computer eine Arrhythmie erkennt, weist er das Netz an, optische Signale auszusenden, die dazu führen, dass sich lichtempfindliche Herzmuskelzellen in regelmäßigen Mustern zusammenziehen. Da dieses Licht die vom Netz erkannten elektrischen Signale nicht stört, kann das Gerät das Herz weiterhin überwachen, selbst wenn lebensrettende optische Signale abgegeben werden.
Gezieltes Vorgehen
Laut den Forschern bietet ihr Design mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Herzschrittmachern. Sein drahtloses Stromversorgungssystem beseitigt die Notwendigkeit, implantierte Batterien auszutauschen, was derzeit alle fünf bis sieben Jahre erforderlich ist. Darüber hinaus können die Algorithmen so programmiert werden, dass sie auf bestimmte Arten von Arrhythmien abzielen – von denen viele komplexere Behandlungen erfordern, als bestehende Schrittmacher leisten können.
Temporärer Schrittmacher reguliert den Herzrhythmus und verschwindet dann vollständig
Vorhofflimmern zum Beispiel kann dazu führen, dass die oberen und unteren Kammern des Herzens anfangen, nicht mehr synchron zu schlagen. Wenn ein Algorithmus darauf trainiert werden könnte, dies zu erkennen, könnte der Computer die vom Netz ausgesendeten optischen Signale anpassen, was die Behandlung wesentlich effektiver und komfortabler macht.
Nachdem sie ihr Gerät am Herzen von Mäusen getestet haben, sind Gutruf und Kollegen nun zuversichtlich, dass ihr Ansatz bald zu einer neuen Generation intelligenterer, weniger invasiver Herzschrittmacher führen könnte. Wenn dies erreicht wird, könnte dies letztendlich die Lebensqualität von Millionen von Menschen verbessern, die derzeit an Herzrhythmusstörungen leiden.
Die Forschung ist beschrieben in Wissenschaft Fortschritte.
