Кардиостимулятор размером с зёрнышко активируется светом

Инженеры Северо-Западного университета (США) разработали настолько крошечный кардиостимулятор, что его можно ввести в организм с помощью специального шприца или катетера. Работать он может с сердцами любых размеров, но более всего подходит для младенцев, появившихся на свет с врождёнными пороками сердца.


Кардиостимулятор размером с рисовое зёрнышко работает в паре с небольшим, мягким, гибким, беспроводным носимым устройством, которое крепится на груди пациента. Когда носимое устройство обнаруживает нерегулярное сердцебиение, оно автоматически посылает световые импульсы для активации кардиостимулятора — инфракрасные сигналы проникают через кожу, грудную клетку и мышцы, контролируя сердечный ритм.

Эффективность устройства опробовали, в том числе, на человеческих сердцах, полученных от умерших доноров органов. Руководил разработкой самого маленького на сегодняшний день растворимого кардиостимулятора Джон Роджерс. Он объяснил, что существует острая необходимость во временных кардиостимуляторах для помощи новорождённым.


— Роджерс.

Одним из руководителей исследования был Игорь Ефимов, завкафедрой экспериментальной кардиологии Северо-Западного университета. Он рассказал, что около 1% детей в мире рождаются с врождёнными пороками сердца. К счастью, им требуется только временная кардиостимуляция после операции по исправлению порока. Примерно через неделю или около того сердца у большинства маленьких пациентов восстанавливаются.


— Ефимов.

Научная работа основана на предыдущем сотрудничестве Роджерса и Ефимова. Ранее они разработали первое в мире рассасывающееся устройство для временной стимуляции сердца. Многим пациентам требуются временные кардиостимуляторы после операции на сердце — либо в ожидании постоянного кардиостимулятора, либо для восстановления нормальной частоты сердечных сокращений во время излечения.

Согласно современным стандартам лечения, хирурги пришивают электроды к сердечной мышце во время кардиологической операции. Провода от электродов выходят через грудную клетку и подключаются к внешнему кардиостимулятору, который подаёт ток для контроля сердечного ритма. Когда временный кардиостимулятор больше не нужен, врачи удаляют электроды. Такой подход чреват осложнениями, среди которых — инфекции, смещения, разрывы или повреждения тканей, кровотечения и образования тромбов.

Все компоненты миниатюрной новинки совместимы с биологическими тканями, поэтому со временем они естественным образом растворяются в организме, что позволяет избежать хирургического извлечения. Изменяя состав и толщину материалов в изобретении, коллектив Роджерса может точно рассчитать количество дней, в течение которых устройства остаются функциональными, прежде чем рассосутся.

Чтобы уменьшить устройства, исследователи также изменили источник питания. Вместо связи ближнего радиуса действия для подачи питания, новый крошечный кардиостимулятор работает за счёт гальванического элемента — простой батареи, которая преобразует химическую энергию в электрическую. В частности, кардиостимулятор использует два разных металла в качестве электродов для подачи электрических импульсов в сердце. При контакте с окружающими биологическими жидкостями электроды образуют батарею. В результате химических реакций возникает электрический ток, стимулирующий сердце.




— Роджерс.

Исследователи выбрали инфракрасное излучение, которое глубоко и безопасно проникает в тело. Если частота сердечных сокращений пациента падает ниже заданного порога, носимое устройство обнаруживает это и автоматически активирует светодиод. Затем свет включается и выключается с частотой, соответствующей нормальным сердечным сокращениям.

Несмотря на то, что кардиостимулятор очень маленький — всего 1,8 мм в ширину, 3,5 мм в длину и 1 мм в толщину, — он обеспечивает такую же стимуляцию, как и полноразмерный кардиостимулятор.

Поскольку устройства очень маленькие, врачи могут распределять их по всему сердцу. Для независимого управления конкретным кардиостимулятором можно использовать свет другого цвета. Использование нескольких кардиостимуляторов обеспечит более сложную синхронизацию работы сердца по сравнению с традиционной стимуляцией. В особых случаях разные участки сердца можно стимулировать с разной частотой, например, чтобы устранить аритмию.

Универсальность технологии открывает множество других возможностей для использования в биоэлектронных медицинских устройствах, в том числе для восстановления нервов и костей, лечения ран и обезболивания.