Nejmenší kardiostimulátor na světě – menší než zrno rýže – by mohl pomoci zachránit děti narozené se srdečními vadami, říkají vědci.
Miniaturní zařízení může být vloženo stříkačkou a rozpustí se poté, co to již není potřeba.
Ačkoli to může pracovat se srdcem všech velikostí, inženýři, kteří jej vytvořili na Northwestern University Řekněme, že je to obzvláště vhodné pro malé, křehké srdce nově narozených dětí s vrozenými srdečními vadami.
Měří jen 1,8 milimetrů na šířku, délku 3,5 milimetrů a jeden milimetr v tloušťce, ale stále poskytuje tolik stimulace jako kardiostimulátor v plné velikosti.
Drobná kardiostimulátor je spárován s malým, měkkým, flexibilním, bezdrátovým a nositelným zařízením, které se namontuje na pacientovu hruď, aby ovládala stimulaci.
Když nositelné zařízení detekuje nepravidelný srdeční rytmus, automaticky svítí světelný puls, aby aktivoval kardiostimulátor.
Krátké impulsy – které pronikají skrz kůži pacienta, prsa a svaly – kontrolují stimulaci.
Kardiceker, navržený pro pacienty, kteří potřebují pouze dočasnou stimulaci, se jednoduše rozpustí poté, co to již není potřeba.
Tým inženýrů ze severozápadu vysvětlil, že komponenty kardiostimulátoru jsou biokompatibilní, takže se přirozeně rozpouštějí do biofluidů těla a obcházejí potřebu chirurgické extrakce.
Studie zveřejněná v časopise Příroda Ukazuje účinnost zařízení napříč několika velkými a malými zvířecími modely, stejně jako lidské srdce od zesnulých dárců orgánů.
„Rozvinuli jsme, co je podle našich znalostí, nejmenšího kardiostimulátoru na světě,“ řekl profesor průkopníka Northwestern Bioelectronics John Rogers, který vedl rozvojový projekt.
„V souvislosti s pediatrickými srdečními operacemi existuje zásadní potřeba dočasných kardiostimulátorů, a to je případ použití, kde je velikost miniaturizace neuvěřitelně důležitá. Pokud jde o zatížení zařízení na těle – čím menší, tím lepší.“
Severozápadní experimentální kardiolog profesor Igor Efimov, který studii spolupracoval, uvedl, že jejich „hlavní motivací“ jsou děti.
„Asi 1% dětí se rodí s vrozenými srdečními vadami, bez ohledu na to, zda žijí v zemi s nízkým zdrojem nebo vysokým zdrojem,“ řekl.
„Dobrou zprávou je, že tyto děti potřebují dočasnou stimulaci po operaci. Asi za sedm dní se většina srdcí pacientů seznámí. Ale těchto sedm dní je naprosto kritické.“
„Nyní můžeme tento malý kardiostimulátor umístit na srdce dítěte a stimulovat ho měkkým, jemným a nositelným zařízením.“
„A k jeho odstranění není nutná žádná další operace.“
Projekt staví na předchozí spolupráci mezi Prof Rogers a Prof Efimov, ve kterém vyvinuli první rozpustné zařízení pro dočasnou stimulaci.
Mnoho pacientů vyžaduje po operaci srdce dočasné kardiostimulátory, a to buď při čekání na stálého kardiostimulátoru, nebo pomáhá obnovit normální srdeční frekvenci během jejich zotavení.
Pro současnou úroveň péče chirurgové během chirurgického zákroku šíjí elektrody na srdeční svaly.
Dráty z elektrod opouštějí přední stranu hrudníku pacienta, kde se připojují k externímu stimulačním boxu, která dodává proud pro ovládání rytmu srdce.
Když již není potřeba dočasný kardiostimulátor, chirurgové odstraňují kardiostimulátory elektrody.
Mezi potenciální komplikace však patří infekce, uvolnění, roztrhané nebo poškozené tkáně, krvácení a krevní sraženiny.
„Dráty doslova vyčnívají z těla, připevněné k kardiostimulátoru před tělem,“ řekl Efimov.
„Když kardiostimulátor již není potřeba, lékař ho vytáhne. Dráty se mohou obávat v tkáni jizvy. Takže, když jsou dráty vytaženy, může to potenciálně poškodit srdeční sval.“
„Tak vlastně Neil Armstrong zemřel. Po operaci bypassu měl dočasný kardiostimulátor. Když byly dráty odstraněny, zažil vnitřní krvácení.“
Rogers řekl, že jejich původní kardiostimulátor fungoval dobře, ale velikost jejího přijímače antény omezila jejich schopnost miniaturizovat ji.
„Namísto použití schématu rádiové frekvence pro bezdrátové řízení jsme vyvinuli schéma založené na světle pro zapnutí kardiostimulátoru a dodávání stimulačních impulzů na povrch srdce,“ řekl.
„Toto je jedna funkce, která nám umožnila dramaticky zmenšit velikost.“
Výzkumný tým také reimaginoval svůj zdroj energie.
Namísto použití komunikace blízkého pole k dodávce energie pracuje nový kardiostimulátor působením galvanické buňky, jednoduché baterie, která transformuje chemickou energii na elektrickou energii.
„Když je kardiostimulátor implantován do těla, okolní biofluidy fungují jako vodivý elektrolyt, který se elektricky spojí s těmito dvěma kovovými podložkami, aby vytvořili baterii,“ řekl Rogers.
„Velmi malý spínač aktivovaný světlem na opačné straně od baterie nám umožňuje převrátit stav z jeho“ vypnutého „stavu“ ON ‚po dodání světla, které prochází tělem pacienta z náplasti namontované na kůži. „
Pokud srdeční frekvence pacienta klesne pod určitou rychlost, nositelné zařízení detekuje událost a automaticky aktivuje diodu emitující světlo.
Světlo pak bliká a vypíná rychlostí, která odpovídá normální srdeční frekvenci.
„Infračervené světlo velmi dobře proniká tělem,“ Efimov Siad. „Pokud položíte baterku na dlaň, uvidíte světelné záři přes druhou stranu ruky.“
Rogers přidal vysvětlil, že srdce vyžaduje malé množství elektrické stimulace.
„Minimalizací velikosti dramaticky zjednodušíme implantační postupy, snižujeme trauma a riziko pro pacienta a s rozpustnou povahou zařízení eliminujeme jakoukoli potřebu sekundárních chirurgických extrakčních postupů,“ uvedl.
„Mohli bychom začlenit naše kardiostimulátory do jiných zdravotnických prostředků, jako jsou náhrady srdeční chlopně, což může způsobit blok srdce,“ dodal Efimov.
Severozápadní tým tvrdí, že všestrannost technologie otevírá další možnosti pro použití v bioelektronických léčivých přípravcích, včetně pomoci nervózům a kostem léčit, léčit rany a blokovat bolest.
„Protože je tak malý, může být tento kardiostimulátor integrován do téměř jakéhokoli implantovatelného zařízení,“ řekl Rogers.
