เครื่องกระตุ้นหัวใจแบบใช้แสงสามารถให้การรักษาที่ไม่เจ็บปวดและตรงเป้าหมาย

นักวิจัยในสหรัฐอเมริกาเปิดตัวอุปกรณ์ฝังพลังงานแบบไร้สายที่สามารถตรวจจับและแก้ไขการเต้นของหัวใจที่ผิดปกติได้อย่างไม่เจ็บปวด นำโดย ฟิลิปป์ กูทรูฟ ที่มหาวิทยาลัยแอริโซนา ทีมออกแบบใช้ตาข่ายยืดหยุ่นที่ล้อมรอบและตรวจสอบหัวใจ สัญญาณแสงที่สร้างโดยคอมพิวเตอร์ออนบอร์ดจะใช้เพื่อกำหนดเป้าหมายเซลล์กล้ามเนื้อในหัวใจได้แม่นยำกว่าเครื่องกระตุ้นหัวใจที่มีอยู่ วิธีการนี้อาจนำไปสู่อุปกรณ์ที่สะดวกสบายมากขึ้นสำหรับผู้ป่วยโรคหัวใจหลายล้านคน

ภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะคือการเต้นผิดปกติของหัวใจ และอาจเกิดจากโรคต่างๆ มากมาย สำหรับหลายๆ คน ภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะสามารถรักษาได้โดยการฝังเครื่องกระตุ้นหัวใจ/เครื่องกระตุ้นหัวใจแบบใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ ซึ่งจะคอยตรวจสอบการเต้นของหัวใจโดยการตรวจจับสัญญาณไฟฟ้าที่ผลิตขึ้น เมื่อสัญญาณของภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะเกิดขึ้น อุปกรณ์จะส่งไฟฟ้าช็อตระหว่างสายคู่ที่เชื่อมต่อโดยตรงกับหัวใจ สิ่งนี้จะกระตุ้นเซลล์กล้ามเนื้อในหัวใจ นำไปสู่การฟื้นฟูการเต้นของหัวใจให้เป็นปกติ

เครื่องกระตุ้นหัวใจได้ช่วยชีวิตคนนับล้านทั่วโลก แต่เป็นอุปกรณ์ที่มีการบุกรุกสูง อุปกรณ์ไม่เพียงมีขนาดใหญ่และไม่ยืดหยุ่นเท่านั้น แรงกระแทกที่เกิดขึ้นยังกระตุ้นตัวรับความเจ็บปวดในหัวใจ

สารชีวโมเลกุลที่ไวต่อแสง

เพื่อปรับปรุงการออกแบบนี้ ทีมของ Gutruf ได้สำรวจแนวทางที่อาศัยการกระตุ้นด้วยแสง สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการกระตุ้นชีวโมเลกุลที่ไวต่อแสงที่พบในเซลล์บางประเภท ในกรณีนี้คือเซลล์กล้ามเนื้อที่ชื่อว่าคาร์ดิโอไมโอไซต์ เซลล์เหล่านี้มีหน้าที่กระตุ้นการหดตัวตามปกติของหัวใจ และที่สำคัญที่สุดคือมีโปรตีนเฉพาะที่ไวต่อแสงซึ่งไม่พบในตัวรับความเจ็บปวด

ขับเคลื่อนแบบไร้สายด้วยเสาอากาศภายนอก การออกแบบของทีมมีตาข่ายบางและยืดหยุ่นที่ห่อหุ้มหัวใจ ตาข่ายตรวจสอบสัญญาณไฟฟ้าของอวัยวะซึ่งวิเคราะห์โดยคอมพิวเตอร์ออนบอร์ดที่ใช้อัลกอริทึมเฉพาะ

หากคอมพิวเตอร์ตรวจพบภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะ ให้สั่งให้ตาข่ายส่งสัญญาณออปติกที่ทำให้เซลล์คาร์ดิโอไมโอไซต์ที่ไวต่อแสงหดตัวในรูปแบบปกติ เนื่องจากแสงนี้ไม่รบกวนสัญญาณไฟฟ้าที่ตรวจพบโดยตาข่าย อุปกรณ์จึงสามารถตรวจสอบหัวใจต่อไปได้ แม้ว่าจะมีการส่งสัญญาณแสงช่วยชีวิตก็ตาม

แนวทางเป้าหมาย

นักวิจัยกล่าวว่าการออกแบบมีข้อดีหลายประการเหนือเครื่องกระตุ้นหัวใจทั่วไป ระบบไฟฟ้าไร้สายทำให้ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนแบตเตอรี่แบบฝัง ซึ่งปัจจุบันทำทุกๆ XNUMX-XNUMX ปี นอกจากนี้ยังสามารถตั้งโปรแกรมอัลกอริทึมเพื่อกำหนดเป้าหมายประเภทเฉพาะของภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะได้ ซึ่งหลายประเภทต้องการการรักษาที่ซับซ้อนกว่าเครื่องกระตุ้นหัวใจที่มีอยู่

ตัวอย่างเช่น ภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะอาจทำให้ห้องบนและห้องล่างของหัวใจเริ่มเต้นไม่พร้อมกัน หากสามารถฝึกอัลกอริทึมให้จดจำสิ่งนี้ได้ คอมพิวเตอร์จะปรับแต่งสัญญาณแสงที่ส่งออกมาจากตาข่าย ทำให้การรักษามีประสิทธิภาพและสะดวกสบายมากขึ้น

หลังจากทดสอบอุปกรณ์ของพวกเขาในหัวใจของหนู ตอนนี้ Gutruf และเพื่อนร่วมงานมั่นใจว่าวิธีการของพวกเขาจะนำไปสู่เครื่องกระตุ้นหัวใจรุ่นใหม่ที่ชาญฉลาดขึ้นและบุกรุกน้อยลงได้ในไม่ช้า หากทำได้ ท้ายที่สุดแล้ว สิ่งนี้สามารถปรับปรุงคุณภาพชีวิตของผู้คนหลายล้านคนที่กำลังทุกข์ทรมานจากภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะได้

งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน วิทยาศาสตร์ก้าวหน้า.