Naukowcy z Northwestern University zaprezentowali światu najmniejszy rozrusznik serca, jaki kiedykolwiek stworzono. Ma zaledwie 1,8 mm szerokości, 3,5 mm długości i 1 mm grubości – jest więc mniejszy od ziarnka ryżu. Co więcej, urządzenie można zaaplikować nieinwazyjnie za pomocą cienkiej igły i zwyczajnej strzykawki. Nie wymaga chirurgicznego umieszczenia w ciele, nie ma akumulatorów ani wystających kabli. Działa dzięki reakcji chemicznej z płynami ustrojowymi pacjenta, a po zakończeniu swojej misji… po prostu się rozpuszcza.
Czytaj też: 105 dni z tytanowym sercem. Nowa era transplantologii
Choć urządzenie może współpracować z sercem dowolnej wielkości, jego twórcy podkreślają, że zostało zaprojektowane przede wszystkim z myślą o noworodkach z wrodzonymi wadami. To właśnie w ich przypadkach rozmiar i delikatność technologii mają największe znaczenie.
Prof. Igor Efimov, kardiolog z Northwestern University, współautor projektu, mówi:
Naszą główną motywacją były dzieci. Około 1 proc. dzieci rodzi się z wrodzonymi wadami serca – niezależnie od tego, czy urodzą się w kraju wysoko rozwiniętym, czy w regionie o ograniczonych zasobach. Dobrą wiadomością jest to, że większość tych dzieci potrzebuje rozrusznika tylko tymczasowo – zazwyczaj przez siedem dni po operacji. To właśnie te siedem dni decyduje często o życiu i śmierci. Teraz możemy umieścić ten malutki rozrusznik na sercu dziecka i stymulować je łagodnie, przy pomocy miękkiego, noszonego na klatce piersiowej urządzenia. Bez żadnych dodatkowych operacji związanych z jego usuwaniem.
Najmniejszy rozrusznik serca na świecie jest wielkości ziarnka ryżu
Wspomniane noszone na ciele urządzenie, przypominające cienki plaster, służy do ciągłego monitorowania pracy serca. Gdy wykryje nieprawidłowości w rytmie, automatycznie uruchamia impuls światła w zakresie podczerwieni, który bezpiecznie przenika przez skórę, mostek i tkanki miękkie, by aktywować miniaturowy rozrusznik. To właśnie światło jest kluczem do działania układu – rozrusznik zawiera niewielki przełącznik reagujący na fale świetlne, który przełącza urządzenie z trybu uśpienia w tryb aktywny.
Czytaj też: Punkt zwrotny w leczeniu cukrzycy. “Przełącznik genowy” kontrolowany plastrem nitroglicerynowym
Prof. John A. Rogers z Northwestern University, lider projektu i pionier w dziedzinie bioelektroniki, dodaje:
Opracowaliśmy, jak wierzymy, najmniejszy rozrusznik serca na świecie. Istnieje ogromne zapotrzebowanie na rozruszniki tymczasowe, szczególnie w kontekście operacji serca u dzieci. W takich przypadkach miniaturyzacja ma kluczowe znaczenie. Im mniejsze obciążenie dla organizmu – tym lepiej.
Nowa technologia powstała w odpowiedzi na bardzo konkretny problem kliniczny. Obecnie tymczasowe rozruszniki serca – stosowane po operacjach serca u dorosłych i dzieci – wymagają przyszycia elektrod do mięśnia sercowego i wyprowadzenia przewodów przez klatkę piersiową pacjenta. Te przewody łączy się z zewnętrznym urządzeniem, które dostarcza impulsy elektryczne. Kiedy rozrusznik nie jest już potrzebny, lekarz musi go fizycznie usunąć – a to wiąże się z ryzykiem powikłań.
Prof. Igor Efimov mówi:
Kable dosłownie wystają z ciała i są podłączone do zewnętrznego urządzenia. Gdy rozrusznik przestaje być potrzebny, lekarz po prostu wyciąga przewody. Problem w tym, że te przewody mogą w międzyczasie wrastać w tkankę serca. Ich usunięcie może prowadzić do poważnych uszkodzeń. Tak właśnie zmarł Neil Armstrong – miał rozrusznik tymczasowy po operacji bypassów, a podczas jego usuwania doszło do krwotoku wewnętrznego.
Największym wyzwaniem przy miniaturyzacji rozrusznika okazało się zasilanie. W poprzedniej wersji urządzenia, opracowanej przez zespół Rogersa w 2021 roku, zastosowano technologię komunikacji bliskiego zasięgu (NFC), podobną do tej wykorzystywanej w smartfonach. Wymagało to jednak dość dużej anteny odbiorczej, co ograniczało możliwość dalszego zmniejszania urządzenia.
Prof. John A. Rogers wyjaśnia:
Nasza pierwsza wersja działała dobrze – była cienka, elastyczna i całkowicie biodegradowalna. Ale rozmiar anteny ograniczał naszą zdolność do dalszej miniaturyzacji. Dlatego zamiast sterowania radiowego, opracowaliśmy system aktywowany światłem. To właśnie ta zmiana pozwoliła nam tak radykalnie zmniejszyć rozmiar.
Ten rozrusznik to coś więcej niż cud techniki
W najnowszym projekcie rozrusznik działa dzięki reakcji galwanicznej – wykorzystuje dwie różne elektrody metalowe, które wchodzą w kontakt z biofluidami pacjenta, tworząc wewnętrzną “baterię”. To wystarcza, by wygenerować impuls elektryczny stymulujący mięsień sercowy.
W praktyce oznacza to, że lekarze mogą rozmieścić kilka takich mikroskopijnych rozruszników na powierzchni serca i aktywować je osobno za pomocą różnych długości fali światła. Umożliwia to bardziej precyzyjne i zsynchronizowane leczenie – zwłaszcza w przypadkach skomplikowanych arytmii, gdzie różne partie serca wymagają innego rytmu pobudzania.
Prof. Igor Efimov tłumaczy:
Możemy umieścić kilka takich urządzeń na zewnętrznej stronie serca i kontrolować każde z osobna. To pozwala na bardzo precyzyjną, zsynchronizowaną stymulację. Możemy też zintegrować nasze rozruszniki z innymi implantami, na przykład zastawkami serca, które czasem powodują blok przedsionkowo-komorowy.
Prof. Rogers wskazuje, że elastyczność nowej technologii umożliwia jej integrację z innymi rozwiązaniami medycznymi. Zespół badawczy zademonstrował, że zestaw miniaturowych rozruszników można połączyć z rusztowaniami stosowanymi w przezcewnikowym wszczepianiu zastawek aortalnych, co pozwala na ich aktywację w przypadku wystąpienia powikłań podczas procesu rekonwalescencji.
Zdaniem naukowców, technologia ta ma szansę stać się podstawą całej nowej klasy medycyny bioelektronicznej. Oprócz zastosowań kardiologicznych może być wykorzystana do przyspieszania regeneracji nerwów i kości, leczenia ran czy kontrolowania bólu. Zamiast sztywnych elektrod, chirurgicznych kabli i konieczności wszczepiania dużych, kosztownych urządzeń, przyszłość może należeć do miniaturowych, inteligentnych implantów, które rozpuszczą się w organizmie niczym rozpuszczalne szwy – po cichu, skutecznie i bez śladu.
