Et trådløst implantat som kan oppdage og smertefritt korrigere uregelmessige hjerteslag har blitt avduket av forskere i USA. Ledet av Philipp Gutruf ved University of Arizona, baserte teamet sitt design på et fleksibelt nett som omgir og overvåker hjertet. Optiske signaler generert av en datamaskin ombord brukes til å målrette muskelceller i hjertet mer presist enn eksisterende pacemakere. Denne tilnærmingen kan føre til enheter som er langt mer komfortable for millioner som lider av hjertesykdom.
Arytmi er unormal hjerteslag, og det kan være forårsaket av en lang rekke sykdommer. For mange mennesker kan arytmi behandles ved å implantere en batteridrevet pacemaker/defibrillator, som overvåker hjerterytmen ved å oppdage de elektriske signalene de produserer. Når tegn på arytmi oppstår, sender enheten et elektrisk støt mellom et par ledninger som er koblet direkte til hjertet. Dette stimulerer muskelcellene i hjertet, noe som fører til gjenoppretting av en vanlig hjerterytme.
Pacemakere har reddet millioner av liv globalt, men er svært invasive enheter. Ikke bare er enhetene klumpete og lite fleksible; sjokkene de gir stimulerer også smertereseptorer i hjertet.
Lysfølsomme biomolekyler
For å forbedre dette designet, utforsket Gutrufs team en tilnærming basert på optogenetisk stimulering. Dette innebærer å stimulere lysfølsomme biomolekyler som finnes i spesifikke typer celler: i dette tilfellet muskelceller kalt kardiomyocytter. Disse cellene er ansvarlige for å utløse hjertets regelmessige sammentrekning, og inneholder et spesifikt lysfølsomt protein som ikke finnes i smertereseptorer.
Drevet trådløst av en ekstern antenne, har teamets design et tynt, fleksibelt nett som omslutter hjertet. Nettet overvåker orgelets elektriske signaler, som analyseres av en datamaskin ombord som bruker spesialiserte algoritmer.
Hvis datamaskinen oppdager arytmi, leder nettet til å sende ut optiske signaler som får lysfølsomme kardiomyocytter til å trekke seg sammen i vanlige mønstre. Siden dette lyset ikke forstyrrer de elektriske signalene som oppdages av nettet, kan enheten fortsette å overvåke hjertet, selv når livreddende optiske signaler leveres.
Målrettet tilnærming
Ifølge forskerne gir designet deres flere fordeler i forhold til konvensjonelle pacemakere. Det trådløse strømsystemet fjerner behovet for å bytte ut implanterte batterier, noe som for tiden gjøres hvert femte til syvende år. Videre kan algoritmene programmeres til å målrette mot spesifikke typer arytmier – mange av dem krever mer komplekse behandlinger enn eksisterende pacemakere kan levere.
Midlertidig pacemaker regulerer hjerterytmen og forsvinner deretter helt
Atrieflimmer, for eksempel, kan føre til at hjertets øvre og nedre kammer begynner å slå usynkronisert. Hvis en algoritme kunne trenes til å gjenkjenne dette, kunne datamaskinen skreddersy de optiske signalene som sendes ut av nettet, noe som gjør behandlingen langt mer effektiv og komfortabel.
Etter å ha testet enheten på musenes hjerter, er Gutruf og kollegene nå sikre på at deres tilnærming snart kan føre til en ny generasjon smartere, mindre invasive pacemakere. Hvis det oppnås, kan dette til slutt forbedre livskvaliteten til millioner av mennesker som for tiden lider av hjertearytmier.
Forskningen er beskrevet i Vitenskap Fremskritt.
