Onderzoekers in de VS hebben een draadloos aangedreven implantaat onthuld dat onregelmatige hartslagen kan detecteren en pijnloos kan corrigeren. Geleid door Philippe Gutruf aan de Universiteit van Arizona baseerde het team hun ontwerp op een flexibel gaas dat het hart omringt en bewaakt. Optische signalen die door een boordcomputer worden gegenereerd, worden gebruikt om spiercellen in het hart nauwkeuriger te richten dan bestaande pacemakers. Deze aanpak zou kunnen leiden tot apparaten die veel comfortabeler zijn voor miljoenen mensen die aan hartaandoeningen lijden.
Aritmie is het abnormaal kloppen van het hart en kan worden veroorzaakt door een breed scala aan ziekten. Voor veel mensen kan aritmie worden behandeld door een pacemaker/defibrillator op batterijen te implanteren, die de hartslag bewaakt door de elektrische signalen die ze produceren te detecteren. Wanneer tekenen van aritmie optreden, geeft het apparaat een elektrische schok door tussen een paar geleidingsdraden die rechtstreeks op het hart zijn aangesloten. Dit stimuleert spiercellen in het hart, wat leidt tot het herstel van een regelmatige hartslag.
Pacemakers hebben wereldwijd miljoenen levens gered, maar zijn zeer invasieve apparaten. De apparaten zijn niet alleen omvangrijk en inflexibel; de schokken die ze afgeven, stimuleren ook pijnreceptoren in het hart.
Lichtgevoelige biomoleculen
Om dit ontwerp te verbeteren, onderzocht het team van Gutruf een aanpak op basis van optogenetische stimulatie. Dit omvat het stimuleren van lichtgevoelige biomoleculen die worden aangetroffen in specifieke celtypen: in dit geval spiercellen die cardiomyocyten worden genoemd. Deze cellen zijn verantwoordelijk voor het op gang brengen van de regelmatige samentrekking van het hart en, cruciaal, bevatten een specifiek lichtgevoelig eiwit dat niet wordt aangetroffen in pijnreceptoren.
Draadloos aangedreven door een externe antenne, heeft het ontwerp van het team een dun, flexibel gaas dat het hart omhult. Het gaas bewaakt de elektrische signalen van het orgel, die worden geanalyseerd door een boordcomputer die gespecialiseerde algoritmen gebruikt.
Als de computer aritmie detecteert, geeft hij de mesh opdracht om optische signalen uit te zenden die ervoor zorgen dat lichtgevoelige cardiomyocyten in regelmatige patronen samentrekken. Aangezien dit licht de elektrische signalen die door de mesh worden gedetecteerd niet verstoort, kan het apparaat het hart blijven bewaken, zelfs als er levensreddende optische signalen worden afgegeven.
Gerichte aanpak
Volgens de onderzoekers biedt hun ontwerp verschillende voordelen ten opzichte van conventionele pacemakers. Het draadloze voedingssysteem maakt het vervangen van geïmplanteerde batterijen overbodig, wat momenteel om de vijf tot zeven jaar gebeurt. Bovendien kunnen de algoritmen worden geprogrammeerd om zich te richten op specifieke soorten aritmie, waarvan vele complexere behandelingen vereisen dan bestaande pacemakers kunnen bieden.
Tijdelijke pacemaker regelt het hartritme en verdwijnt dan volledig
Boezemfibrilleren kan er bijvoorbeeld voor zorgen dat de bovenste en onderste kamers van het hart niet synchroon gaan kloppen. Als een algoritme zou kunnen worden getraind om dit te herkennen, zou de computer de optische signalen die door de mesh worden uitgezonden, kunnen aanpassen, waardoor de behandeling veel effectiever en comfortabeler wordt.
Nadat ze hun apparaat op de harten van muizen hebben getest, hebben Gutruf en collega's er nu alle vertrouwen in dat hun aanpak binnenkort kan leiden tot een nieuwe generatie slimmere, minder invasieve pacemakers. Als dit wordt bereikt, kan dit uiteindelijk de kwaliteit van leven verbeteren van miljoenen mensen die momenteel aan hartritmestoornissen lijden.
Het onderzoek is beschreven in Wetenschap Advances.
