Дослідники в США представили імплантат із бездротовим живленням, який може виявляти та безболісно коригувати нерегулярне серцебиття. На чолі з Філіп Гутруф в Університеті Арізони команда заснувала свій дизайн на гнучкій сітці, яка оточує серце та контролює його. Оптичні сигнали, які генерує бортовий комп’ютер, використовуються для більш точного націлювання на м’язові клітини серця, ніж існуючі кардіостимулятори. Цей підхід може призвести до пристроїв, які будуть набагато зручнішими для мільйонів людей, які страждають від серцевих захворювань.
Аритмія – це порушення серцевого ритму, яке може бути викликано цілим рядом захворювань. Для багатьох людей аритмію можна лікувати шляхом імплантації кардіостимулятора/дефібрилятора з батарейним живленням, який відстежує серцебиття, виявляючи електричні сигнали, які вони виробляють. Коли виникають ознаки аритмії, пристрій пропускає електричний струм між парою проводів, які підключені безпосередньо до серця. Це стимулює м’язові клітини серця, що призводить до відновлення нормального серцебиття.
Кардіостимулятори врятували мільйони життів у всьому світі, але є надзвичайно інвазивними пристроями. Пристрої не тільки громіздкі та негнучкі; удари, які вони завдають, також стимулюють больові рецептори в серці.
Світлочутливі біомолекули
Щоб покращити цей дизайн, команда Гутруфа дослідила підхід, заснований на оптогенетичній стимуляції. Це передбачає стимуляцію світлочутливих біомолекул, що містяться в певних типах клітин: у цьому випадку це м’язові клітини, які називаються кардіоміоцитами. Ці клітини відповідають за регулярне скорочення серця і, що важливо, містять специфічний світлочутливий білок, якого немає в рецепторах болю.
Завдяки бездротовому живленню від зовнішньої антени дизайн команди має тонку, гнучку сітку, яка огортає серце. Сітка контролює електричні сигнали органу, які аналізуються бортовим комп’ютером, який використовує спеціалізовані алгоритми.
Якщо комп’ютер виявляє аритмію, він спрямовує сітку на надсилання оптичних сигналів, які змушують світлочутливі кардіоміоцити регулярно скорочуватися. Оскільки це світло не заважає електричним сигналам, виявленим сіткою, пристрій може продовжувати контролювати роботу серця, навіть якщо подаються рятувальні оптичні сигнали.
Цільовий підхід
За словами дослідників, їхня конструкція має кілька переваг перед звичайними кардіостимуляторами. Його бездротова система живлення позбавляє від необхідності заміни імплантованих батарей, яка зараз робиться кожні п’ять-сім років. Крім того, алгоритми можуть бути запрограмовані на конкретні типи аритмій, багато з яких вимагають більш складного лікування, ніж існуючі кардіостимулятори.
Тимчасовий кардіостимулятор регулює серцевий ритм, а потім повністю зникає
Фібриляція передсердь, наприклад, може призвести до несинхронізації верхньої та нижньої камер серця. Якби можна було навчити алгоритм розпізнавати це, комп’ютер міг би адаптувати оптичні сигнали, які надсилає сітка, роблячи лікування набагато ефективнішим і комфортнішим.
Випробувавши свій пристрій на серцях мишей, Гутруф і його колеги тепер впевнені, що їхній підхід незабаром може привести до нового покоління розумніших, менш інвазивних кардіостимуляторів. Якщо це буде досягнуто, це може зрештою покращити якість життя мільйонів людей, які зараз страждають від серцевих аритмій.
Дослідження описано в Наука розвивається.
