Ett trådlöst implantat som kan upptäcka och smärtfritt korrigera oregelbundna hjärtslag har avslöjats av forskare i USA. Ledd av Philipp Gutruf vid University of Arizona baserade teamet sin design på ett flexibelt nät som omger och övervakar hjärtat. Optiska signaler som genereras av en omborddator används för att rikta in muskelceller i hjärtat mer exakt än befintliga pacemakers. Detta tillvägagångssätt kan leda till enheter som är mycket bekvämare för miljoner som lider av hjärtsjukdomar.
Arytmi är hjärtats onormala slag, och det kan orsakas av ett brett spektrum av sjukdomar. För många människor kan arytmi behandlas genom att implantera en batteridriven pacemaker/defibrillator, som övervakar hjärtslag genom att detektera de elektriska signaler de producerar. När tecken på arytmi uppstår skickar enheten en elektrisk stöt mellan ett par ledningar som är anslutna direkt till hjärtat. Detta stimulerar muskelcellerna i hjärtat, vilket leder till att ett regelbundet hjärtslag återställs.
Pacemakers har räddat miljontals liv globalt men är mycket invasiva enheter. Inte bara är enheterna skrymmande och oflexibla; stötarna de avger stimulerar också smärtreceptorer i hjärtat.
Ljuskänsliga biomolekyler
För att förbättra denna design, utforskade Gutrufs team ett tillvägagångssätt baserat på optogenetisk stimulering. Detta involverar stimulering av ljuskänsliga biomolekyler som finns i specifika typer av celler: i detta fall muskelceller som kallas kardiomyocyter. Dessa celler är ansvariga för att trigga hjärtats regelbundna sammandragning, och, av avgörande betydelse, innehåller de ett specifikt ljuskänsligt protein som inte finns i smärtreceptorer.
Drivs trådlöst av en extern antenn, teamets design har ett tunt, flexibelt nät som omsluter hjärtat. Nätet övervakar orgelns elektriska signaler, som analyseras av en omborddator som använder specialiserade algoritmer.
Om datorn upptäcker arytmi, styr nätet att skicka ut optiska signaler som får ljuskänsliga kardiomyocyter att dra ihop sig i regelbundna mönster. Eftersom detta ljus inte stör de elektriska signalerna som detekteras av nätet, kan enheten fortsätta att övervaka hjärtat, även när livräddande optiska signaler levereras.
Riktat tillvägagångssätt
Enligt forskarna erbjuder deras design flera fördelar jämfört med konventionella pacemakers. Dess trådlösa kraftsystem tar bort behovet av att byta ut implanterade batterier, vilket för närvarande görs vart femte till sjunde år. Dessutom kan algoritmerna programmeras för att rikta in sig på specifika typer av arytmier – av vilka många kräver mer komplexa behandlingar än vad befintliga pacemakers kan leverera.
Tillfällig pacemaker reglerar hjärtrytmen och försvinner sedan helt
Förmaksflimmer kan till exempel göra att hjärtats övre och nedre kammare börjar slå ur synk. Om en algoritm kunde tränas att känna igen detta skulle datorn kunna skräddarsy de optiska signalerna som sänds ut av nätet, vilket gör behandlingen mycket mer effektiv och bekväm.
Efter att ha testat sin enhet på möss hjärtan, är Gutruf och kollegor nu övertygade om att deras tillvägagångssätt snart kan leda till en ny generation av smartare, mindre invasiva pacemakers. Om det uppnås kan detta i slutändan förbättra livskvaliteten för miljontals människor som för närvarande lider av hjärtarytmier.
Forskningen beskrivs i Vetenskap Förskott.
