Alcuni ricercatori statunitensi hanno presentato un impianto wireless in grado di rilevare e correggere in modo indolore i battiti cardiaci irregolari. Guidato da Filippo Gutruf presso l'Università dell'Arizona, il team ha basato il proprio progetto su una rete flessibile che circonda e monitora il cuore. I segnali ottici generati da un computer di bordo vengono utilizzati per colpire le cellule muscolari del cuore in modo più preciso rispetto ai pacemaker esistenti. Questo approccio potrebbe portare a dispositivi molto più confortevoli per milioni di persone che soffrono di malattie cardiache.
L’aritmia è il battito anomalo del cuore e può essere causata da una vasta gamma di malattie. Per molte persone, l’aritmia può essere curata impiantando un pacemaker/defibrillatore alimentato a batteria, che monitora il battito cardiaco rilevando i segnali elettrici da esso prodotti. Quando si verificano segni di aritmia, il dispositivo trasmette una scarica elettrica tra una coppia di elettrocateteri collegati direttamente al cuore. Questo stimola le cellule muscolari del cuore, portando al ripristino di un battito cardiaco regolare.
I pacemaker hanno salvato milioni di vite in tutto il mondo ma sono dispositivi altamente invasivi. Non solo i dispositivi sono ingombranti e poco flessibili; gli shock che forniscono stimolano anche i recettori del dolore nel cuore.
Biomolecole sensibili alla luce
Per migliorare questo progetto, il team di Gutruf ha esplorato un approccio basato sulla stimolazione optogenetica. Si tratta di stimolare biomolecole sensibili alla luce presenti in specifici tipi di cellule: in questo caso, cellule muscolari chiamate cardiomiociti. Queste cellule sono responsabili dell’attivazione della contrazione regolare del cuore e, soprattutto, contengono una specifica proteina sensibile alla luce che non si trova nei recettori del dolore.
Alimentato in modalità wireless da un'antenna esterna, il design del team presenta una rete sottile e flessibile che avvolge il cuore. La rete monitora i segnali elettrici dell'organo, che vengono analizzati da un computer di bordo che utilizza algoritmi specializzati.
Se il computer rileva un'aritmia, ordina alla rete di inviare segnali ottici che provocano la contrazione regolare dei cardiomiociti sensibili alla luce. Poiché questa luce non interferisce con i segnali elettrici rilevati dalla rete, il dispositivo può continuare a monitorare il cuore, anche mentre vengono inviati segnali ottici salvavita.
Approccio mirato
Secondo i ricercatori, il loro design offre numerosi vantaggi rispetto ai pacemaker convenzionali. Il suo sistema di alimentazione wireless elimina la necessità di sostituire le batterie impiantate, che attualmente viene eseguita ogni cinque-sette anni. Inoltre, gli algoritmi possono essere programmati per colpire tipi specifici di aritmia, molti dei quali richiedono trattamenti più complessi di quelli che i pacemaker esistenti possono fornire.
Il pacemaker temporaneo regola il ritmo cardiaco e poi scompare completamente
La fibrillazione atriale, ad esempio, può far sì che le camere superiori e inferiori del cuore inizino a battere in modo non sincronizzato. Se un algoritmo potesse essere addestrato a riconoscerlo, il computer potrebbe personalizzare i segnali ottici inviati dalla rete, rendendo il trattamento molto più efficace e confortevole.
Dopo aver testato il loro dispositivo sul cuore dei topi, Gutruf e colleghi sono ora fiduciosi che il loro approccio potrebbe presto portare a una nuova generazione di pacemaker più intelligenti e meno invasivi. Se raggiunto, ciò potrebbe in definitiva migliorare la qualità della vita di milioni di persone che attualmente soffrono di aritmie cardiache.
La ricerca è descritta in Anticipi Scienza.
