"Рисовое зернышко" вместо обычного кардиостимулятора
Этот крошечный кардистимулятор можно имплантировать с помощью шприца, а когда он больше не нужен, то он просто растворяется
Инженеры Северо-Западного университета совершили настоящий прорыв в области кардиотехнологий, создав ультраминиатюрный кардиостимулятор, размером меньше рисового зернышка.
Уникальность устройства заключается не только в его миниатюрности, но и в способе введения: благодаря своему размеру, его можно ввести в организм через шприц — быстро, безопасно и практически безболезненно, что делает процедуру фактически неинвазивной.
Хотя инновационный кардиостимулятор универсален и подходит для пациентов любого возраста, он особенно ценен для новорождённых с врождёнными пороками сердца, где каждая манипуляция требует максимальной деликатности.
Устройство работает в тандеме с мягким, гибким и беспроводным носимым модулем, который крепится к грудной клетке пациента.
Этот модуль в режиме реального времени отслеживает сердечный ритм и при обнаружении сбоев подаёт световые импульсы.
Они легко проникают сквозь кожу, грудину и мышечную ткань, активируя имплантированный стимулятор и восстанавливая нормальную работу сердца.
Как только носимое устройство фиксирует сбой в сердечном ритме, оно автоматически посылает световой импульс, активирующий кардиостимулятор.
Особенность нового устройства в том, что оно предназначено для временного использования. После того как необходимость в стимуляции отпадает, кардиостимулятор... просто исчезает.
Он полностью растворяется в биологических жидкостях организма, избавляя пациента от повторного хирургического вмешательства.
Все его компоненты — биосовместимы и безопасны, что особенно важно при лечении самых уязвимых пациентов, включая младенцев с врождёнными пороками сердца.
Об этом революционном достижении в области кардиологии исследователи сообщили в статье, опубликованной 2 апреля в престижном научном журнале Nature.
«Мы создали, насколько нам известно, самый миниатюрный кардиостимулятор в мире. В контексте детских кардиохирургических вмешательств существует острый спрос на временные стимуляторы, и именно здесь критически важна максимальная миниатюризация.
Чем меньше устройство, тем меньше нагрузка на организм, особенно у самых маленьких пациентов».
Главным мотивом для команды ученых стали дети. Примерно 1% новорождённых по всему миру — независимо от уровня медицинского обеспечения — появляются на свет с врожденными пороками сердца.
Хорошая новость в том, что большинству из них требуется лишь кратковременная поддержка в течение первой недели после операции.
За это короткое, но крайне важное время сердце в большинстве случаев восстанавливает собственный ритм.
Теперь же у врачей появилась возможность разместить микроскопический кардиостимулятор прямо на сердце младенца и управлять им через лёгкое, гибкое, носимое устройство.
А когда в стимуляции больше нет необходимости, имплантат просто растворяется — без повторных операций, риска инфицирования и дополнительного стресса для маленького пациента.
Теперь процедура абсолютно безопасна
В рамках стандартного лечения хирурги подключают электроды к сердечной мышце, а затем выводят провода через грудную клетку, соединяя их с внешним кардиостимулятором.
Это устройство подает электрический ток, необходимый для регулировки сердечного ритма.
Когда временный кардиостимулятор уже не требуется, врачи извлекают электроды.
Однако, такой процесс может привести к различным осложнениям, включая инфекцию, смещение или повреждение тканей, а также образование тромбов и кровотечений.
«Провода, которые выходят из тела и подключены к внешнему кардиостимулятору, могут зацепиться за рубцовую ткань, — отмечают специалисты. Когда их извлекают, возможно повреждение сердечной мышцы».
Чтобы решить эту проблему, ученые разработали инновационный растворимый кардиостимулятор.
Это легкое, гибкое и тонкое устройство устраняет необходимость в громоздких батареях и жестком оборудовании, включая провода, обеспечивая безопасное и эффективное восстановление пациента.
Концепция биорассасывающейся электроники, разработанная лабораторией, позволяет устройствам оказывать терапевтическое воздействие, а затем безопасно растворяться в организме, подобно рассасывающимся швам.
Изменяя состав и толщину материалов, команда может точно регулировать срок функционирования устройства до его растворения.
А все начиналось с четверти доллара
Хотя первоначальный растворимый кардиостимулятор размером с четверть доллара показал отличные результаты в доклинических исследованиях на животных, кардиохирурги задумались: можно ли сделать его ещё меньше?
Это было необходимо для того, чтобы устройство стало подходящим для неинвазивной имплантации и использования у новорождённых, для которых минимальные размеры особенно важны.
Однако одна из проблем заключалась в том, что устройство использовало протоколы связи ближнего поля — ту же технологию, что и в смартфонах для электронных платежей, что требовало встроенной антенны.
"Наш первоначальный кардиостимулятор работал отлично, — объяснил ведущий разработчик, — он был тонким, гибким и полностью растворимым.
Но размер антенны ограничивал наши возможности по уменьшению устройства.
Вместо использования радиочастотной схемы для беспроводного управления, мы разработали световую схему, которая включает кардиостимулятор и доставляет импульсы на сердце".
Это стало ключевым моментом, позволившим нам уменьшить размер устройства».
Для того чтобы ещё больше уменьшить габариты кардиостимулятора, исследователи пересмотрели и его источник питания.
Новый, ещё более компактный стимулятор теперь работает с использованием гальванического элемента — по сути, небольшой батареи, преобразующей химическую энергию в электрическую.
Кардиостимулятор использует два различных металла в качестве электродов, которые, вступая в контакт с биологическими жидкостями организма, образуют батарею.
Химические реакции, происходящие в батарее, создают электрический ток, который и стимулирует сердце.
«Когда кардиостимулятор имплантируется, биожидкости организма становятся проводящим электролитом, который соединяет два металлических электрода, превращая их в батарею.
С помощью маленького светового переключателя, расположенного на противоположной стороне батареи, мы можем включать или выключать устройство.
Свет проходит через тело пациента от прикрепленного к коже пластыря и активирует стимулятор».
- поясняет Джон А. Роджерс — профессор материаловедения и инженерии, биомедицинской инженерии и нейрохирургии имени Луи Симпсона и Кимберли Куэрри в Северо-Западном университете, а также директор Института биоэлектроники Куэрри Симпсона
Волшебный свет
Команда ученых использовала инфракрасный свет, который глубоко и безопасно проникает в ткани человеческого тела.
Когда частота сердечных сокращений пациента падает ниже установленного порога, носимое устройство автоматически активирует светодиод, и свет начинает мигать с частотой, соответствующей нормальному сердечному ритму.
«Инфракрасный свет обладает удивительной способностью проникать через тело, — отмечает один из разработчиков. — Если вы поднесете фонарик к своей ладони, то увидите, как свет проходит через неё. Наши тела оказываются отличными проводниками света».
Несмотря на крошечные размеры — всего 1,8 мм в ширину, 3,5 мм в длину и 1 мм в толщину — этот кардиостимулятор работает так же эффективно, как и его полноразмерные аналоги.
Он способен обеспечивать необходимую стимуляцию сердца, минимизируя размеры устройства.
«Сердцу нужно совсем немного электрической стимуляции», — поясняет разработчик.
Снижая размер устройства, мы существенно упрощаем процесс имплантации, уменьшаем риск травм и осложнений для пациента, а благодаря растворимой природе стимулятора, исключаем необходимость во вторичной хирургической операции для его извлечения».
Кардиостиомуляторов не может быть много
Учитывая миниатюрные размеры новых кардиостимуляторов, врачи могут распределять их по всему сердцу, позволяя каждому устройству работать независимо от других.
Такой подход дает возможность более точно синхронизировать стимуляцию, чем при использовании традиционных кардиостимуляторов.
В некоторых случаях различные области сердца могут стимулироваться с разной частотой, что особенно важно при лечении аритмий.
«Мы можем разместить несколько кардиостимуляторов на внешней поверхности сердца и контролировать их по отдельности», — объясняет один из разработчиков.
Это позволяет добиться улучшенной синхронизации работы сердца и обеспечить более точную функциональную помощь.
Кроме того, наши устройства могут быть интегрированы в другие медицинские имплантаты, например, в заменители сердечных клапанов, которые могут вызывать блокаду сердца».
Кроме того, этот миниатюрный кардиостимулятор может быть встроен практически в любое имплантируемое устройство.
Исследования продемонстрировали успешную интеграцию этих кардиостимуляторов в каркас для транскатетерной замены аортального клапана.
В этом случае стимуляторы могут быть активированы при необходимости, устранения возможных осложнений во время восстановления пациента.
Это лишь один пример того, как новые технологии могут улучшить традиционные имплантаты, обеспечивая более функциональную и адаптивную стимуляцию.
Универсальность этой технологии открывает новые горизонты для её применения в биоэлектронной медицине, включая заживление нервов и костей, лечение ран и блокирование болевых ощущений.
Источник:
Northwestern University. "World's smallest pacemaker is activated by light." ScienceDaily. ScienceDaily, 2 April 2025 <www.sciencedaily.com/releases/2025/04/250402122155.htm>.
У ВАС МОГУТ ВОЗНИКНУТЬ ВОПРОСЫ: В этом случае, наш врач владеющий русским языком, может провести консультацию, а также ответить на вопросы по-поводу лечения и диагностики в Израиле.
Комментариев нет:
Отправить комментарий