Naukowcy z USA zaprezentowali zasilany bezprzewodowo implant, który może wykrywać i bezboleśnie korygować nieregularne bicie serca. Prowadzone przez Filip Gutruf z University of Arizona zespół oparł swój projekt na elastycznej siatce, która otacza i monitoruje serce. Sygnały optyczne generowane przez komputer pokładowy są wykorzystywane do celowania w komórki mięśniowe serca z większą precyzją niż obecne rozruszniki serca. Takie podejście może doprowadzić do powstania urządzeń znacznie wygodniejszych dla milionów osób cierpiących na choroby serca.
Arytmia to nieprawidłowe bicie serca, które może być spowodowane wieloma chorobami. U wielu osób arytmię można leczyć poprzez wszczepienie rozrusznika/defibrylatora zasilanego bateryjnie, który monitoruje bicie serca poprzez wykrywanie wytwarzanych przez nie sygnałów elektrycznych. Kiedy pojawiają się oznaki arytmii, urządzenie przechodzi wstrząs elektryczny między parą przewodów podłączonych bezpośrednio do serca. To stymuluje komórki mięśniowe w sercu, prowadząc do przywrócenia regularnego bicia serca.
Rozruszniki serca uratowały miliony istnień ludzkich na całym świecie, ale są urządzeniami wysoce inwazyjnymi. Urządzenia są nie tylko nieporęczne i nieelastyczne; wstrząsy, które dostarczają, stymulują również receptory bólu w sercu.
Biomolekuły światłoczułe
Aby udoskonalić ten projekt, zespół Gutrufa zbadał podejście oparte na stymulacji optogenetycznej. Obejmuje to stymulację wrażliwych na światło biomolekuł znajdujących się w określonych typach komórek: w tym przypadku komórkach mięśniowych zwanych kardiomiocytami. Komórki te są odpowiedzialne za wywoływanie regularnych skurczów serca i, co najważniejsze, zawierają specyficzne światłoczułe białko, którego nie ma w receptorach bólu.
Zasilany bezprzewodowo przez zewnętrzną antenę, projekt zespołu obejmuje cienką, elastyczną siateczkę, która otacza serce. Siatka monitoruje sygnały elektryczne organów, które są analizowane przez komputer pokładowy wykorzystujący specjalistyczne algorytmy.
Jeśli komputer wykryje arytmię, skieruje siatkę do wysyłania sygnałów optycznych, które powodują kurczenie się wrażliwych na światło kardiomiocytów w regularnych wzorach. Ponieważ to światło nie zakłóca sygnałów elektrycznych wykrywanych przez siatkę, urządzenie może nadal monitorować serce, nawet gdy dostarczane są ratujące życie sygnały optyczne.
Ukierunkowane podejście
Według naukowców ich konstrukcja ma kilka zalet w porównaniu z konwencjonalnymi rozrusznikami serca. Jego bezprzewodowy system zasilania eliminuje konieczność wymiany wszczepionych baterii, co obecnie odbywa się co pięć do siedmiu lat. Co więcej, algorytmy można zaprogramować tak, aby były ukierunkowane na określone rodzaje arytmii – z których wiele wymaga bardziej złożonego leczenia niż te, które są w stanie zapewnić obecne rozruszniki serca.
Stymulator tymczasowy reguluje rytm serca, a następnie całkowicie zanika
Na przykład migotanie przedsionków może spowodować, że górne i dolne komory serca zaczną bić niezsynchronizowane. Gdyby algorytm można było wyszkolić, aby to rozpoznawał, komputer mógłby dostosować sygnały optyczne wysyłane przez siatkę, czyniąc leczenie znacznie skuteczniejszym i wygodniejszym.
Po przetestowaniu swojego urządzenia na sercach myszy, Gutruf i współpracownicy są teraz przekonani, że ich podejście może wkrótce doprowadzić do nowej generacji inteligentniejszych, mniej inwazyjnych rozruszników serca. Jeśli zostanie to osiągnięte, może to ostatecznie poprawić jakość życia milionów ludzi cierpiących obecnie na zaburzenia rytmu serca.
Badania opisano w Postępy nauki.
