Исследователи в США представили имплантат с беспроводным питанием, который может обнаруживать и безболезненно корректировать нерегулярные сердечные сокращения. Под руководством Филипп Гутруф В Университете Аризоны команда разработала гибкую сетку, которая окружает и контролирует сердце. Оптические сигналы, генерируемые бортовым компьютером, используются для нацеливания на мышечные клетки сердца более точно, чем существующие кардиостимуляторы. Такой подход может привести к созданию устройств, которые станут гораздо более удобными для миллионов людей, страдающих сердечными заболеваниями.
Аритмия — это ненормальное биение сердца, и она может быть вызвана широким спектром заболеваний. У многих людей аритмию можно лечить путем имплантации кардиостимулятора/дефибриллятора с батарейным питанием, который отслеживает сердцебиение, обнаруживая производимые им электрические сигналы. При появлении признаков аритмии устройство пропускает электрический ток между парой отведений, которые подсоединены непосредственно к сердцу. Это стимулирует мышечные клетки сердца, что приводит к восстановлению регулярного сердцебиения.
Кардиостимуляторы спасли миллионы жизней во всем мире, но являются очень инвазивными устройствами. Устройства не только громоздки и негибки; удары, которые они производят, также стимулируют болевые рецепторы в сердце.
Светочувствительные биомолекулы
Чтобы улучшить этот дизайн, команда Гутруфа исследовала подход, основанный на оптогенетической стимуляции. Это включает в себя стимуляцию светочувствительных биомолекул, обнаруженных в определенных типах клеток: в данном случае, в мышечных клетках, называемых кардиомиоцитами. Эти клетки отвечают за регулярные сокращения сердца и, что особенно важно, содержат специфический светочувствительный белок, которого нет в болевых рецепторах.
Благодаря беспроводному питанию от внешней антенны конструкция команды представляет собой тонкую гибкую сетку, которая обволакивает сердце. Сетка отслеживает электрические сигналы органа, которые анализируются бортовым компьютером, использующим специальные алгоритмы.
Если компьютер обнаруживает аритмию, он дает указание сетке посылать оптические сигналы, которые заставляют светочувствительные кардиомиоциты сокращаться по регулярной схеме. Поскольку этот свет не мешает электрическим сигналам, обнаруживаемым сеткой, устройство может продолжать контролировать сердце, даже когда поступают спасительные оптические сигналы.
Целевой подход
По словам исследователей, их конструкция имеет ряд преимуществ по сравнению с обычными кардиостимуляторами. Его беспроводная система питания устраняет необходимость замены имплантированных батарей, которая в настоящее время производится каждые пять-семь лет. Кроме того, алгоритмы могут быть запрограммированы для определенных типов аритмий, многие из которых требуют более сложного лечения, чем могут обеспечить существующие кардиостимуляторы.
Временный кардиостимулятор регулирует сердечный ритм, а затем полностью исчезает
Мерцательная аритмия, например, может привести к тому, что верхние и нижние камеры сердца начнут биться не синхронно. Если бы алгоритм можно было научить распознавать это, компьютер мог бы адаптировать оптические сигналы, посылаемые сеткой, что сделало бы лечение гораздо более эффективным и комфортным.
Протестировав свое устройство на сердцах мышей, Гутруф и его коллеги теперь уверены, что их подход вскоре может привести к созданию нового поколения более умных и менее инвазивных кардиостимуляторов. Если это будет достигнуто, это может в конечном итоге улучшить качество жизни миллионов людей, страдающих сердечными аритмиями.
Исследование описано в Наука развивается.
