Биомедицинская инженерия развивается семимильными шагами, создавая инновации, которые меняют привычную нам медицину. Исследователи из Северо-Западного университета разработали необычайно маленький, саморастворяющийся временный кардиостимулятор, который питается жидкостями организма.
РЕКЛАМА
Исследователи из Северо-Западного университета США разработали необычайно маленький кардиостимулятор, который обещает совершить революцию в лечении сердечных заболеваний, особенно у самых уязвимых пациентов.
Новое устройство, размером меньше рисового зернышка, представляет собой значительное достижение в области медицинской миниатюризации. Его необычайно малые размеры (всего 1,8 миллиметра в ширину, 3,5 миллиметра в длину и 1 миллиметр в толщину) позволяют вводить его в организм через шприц неинвазивным способом.
"Мы разработали, насколько нам известно, самый маленький в мире кардиостимулятор, - рассказал Джон А. Роджерс, пионер в области биоэлектроники из Северо-Западного университета и руководитель разработки устройства. - Существует острая потребность во временных кардиостимуляторах в контексте детской кардиохирургии, и это тот случай, когда миниатюризация размеров невероятно важна".
Маленький стимулятор для маленьких пациентов
Этот миниатюрный кардиостимулятор отвечает особенно острой медицинской потребности - новорожденных с врожденными пороками сердца. Примерно 1% детей рождается с тем или иным пороком сердца, независимо от того, живут ли они в странах с ограниченными или богатыми ресурсами.
Игорь Ефимов, кардиолог из Северо-Западного университета и один из руководителей исследования, объясняет: "Нашей главной мотивацией были дети. Хорошая новость заключается в том, что после операции эти дети нуждаются только во временной стимуляции. Примерно через семь дней сердце большинства пациентов будет восстанавливаться самостоятельно. Но эти семь дней являются абсолютно критическими".
Инновационная операция со световой активацией
Система работает благодаря сложному механизму, который сочетает в себе предельную миниатюрность и оригинальную систему световой активации. Крошечный кардиостимулятор имплантируется в сердце и работает синхронно с внешним портативным устройством, которое размещается на груди пациента.
Это внешнее устройство постоянно следит за сердечным ритмом и при обнаружении нарушений автоматически испускает импульсы инфракрасного света. Этот свет, способный проникать через кожу, грудину и мышцы пациента, активирует внутренний кардиостимулятор, который генерирует электрические импульсы, необходимые для регулирования сердечного ритма.
Технология использует естественную способность человеческого тела проводить инфракрасный свет, создавая неинвазивный мост между внешним устройством и внутренним кардиостимулятором. "Инфракрасный свет очень хорошо проникает через тело, - объясняет профессор Ефимов. - Если вы приложите фонарик к ладони, то увидите, как свет проникает с другой стороны. Получается, что наши тела - отличные проводники света".
Биоразлагаемая технология
Возможно, одним из самых революционных аспектов этого устройства является то, что оно разработано так, чтобы естественным образом растворяться в организме, когда в нем больше нет необходимости. Все компоненты биосовместимы, поэтому они постепенно распадаются в биологических жидкостях организма, полностью исключая необходимость последующего хирургического удаления.
Эта особенность решает серьезную проблему, связанную с существующими временными кардиостимуляторами, для которых требуются провода, выступающие из грудной клетки пациента, и которые в конечном итоге необходимо удалять, что чревато такими осложнениями, как инфекция, смещение, повреждение тканей, кровотечение и образование тромбов, которые могут привести к летальному исходу.
"Минимизируя размер, мы значительно упрощаем процедуру имплантации, снижаем травматизм и риск для пациента и, благодаря рассасывающейся природе устройства, устраняем необходимость во вторичных хирургических процедурах удаления", - объясняет Роджерс.
Батарея питается от жидкостей организма
Чтобы добиться столь малых размеров, исследователи полностью переосмыслили источник питания устройства. Кардиостимулятор питается от гальванического элемента - простого, но эффективного типа батареи, которая преобразует химическую энергию жидкостей нашего тела в электрическую. В оригинальной конструкции два разных металла используются в качестве электродов для генерации и передачи электрических импульсов в сердце.
Эта инновация устранила необходимость в традиционных батареях или приемных антеннах, что способствовало необычайной миниатюрности устройства.
Универсальность и будущие применения
Несмотря на крошечный размер, этот кардиостимулятор обеспечивает такую же стимуляцию, как и полноразмерный, доказывая, что в данном случае малый размер не противоречит эффективности. Предельная миниатюрность также позволяет разместить несколько таких устройств в разных областях сердца, управляя ими независимо друг от друга с помощью света разных цветов, чтобы добиться более сложной синхронизации, чем это позволяют традиционные кардиостимуляторы.
Эта новаторская технология открывает широкие возможности для биоэлектронной медицины, которые выходят далеко за рамки кардиологии, включая применение для заживления нервов и костей, лечения сложных ран и блокирования хронической боли с помощью специфических, контролируемых электрических стимулов.
Исследование, опубликованное в авторитетном научном журнале Nature, демонстрирует эффективность устройства в ряде моделей крупных и мелких животных, а также в человеческих сердцах, полученных от умерших доноров органов, что дает все основания для его клинического применения. Эта инновация представляет собой качественный скачок в лечении сердечных заболеваний, особенно у самых маленьких и уязвимых пациентов.