Prawie 700 000 osób w Stanach Zjednoczonych umiera każdego roku z powodu chorób serca, a jedna trzecia tych zgonów wynika z powikłań w pierwszych tygodniach lub miesiącach po traumatycznym zdarzeniu związanym z sercem.
Aby zapobiec tym zgonom, naukowcy z uniwersytetów Northwestern i George Washington (GW) opracowali nowe urządzenie do monitorowania i leczenia chorób serca i dysfunkcji w ciągu dni, tygodni lub miesięcy po takich zdarzeniach. A gdy urządzenie nie jest już potrzebne, rozpuszcza się w organizmie w sposób nieszkodliwy, omijając potrzebę ekstrakcji.
Miękkie, elastyczne urządzenie wielkości znaczka pocztowego wykorzystuje szereg czujników i siłowników do przeprowadzania bardziej skomplikowanych badań niż tradycyjne urządzenia, takie jak rozruszniki serca. Urządzenie nie tylko można umieścić w różnych częściach serca, ale także stale przesyła informacje do lekarzy, dzięki czemu mogą oni zdalnie monitorować serce pacjenta w czasie rzeczywistym. Urządzenie jest również wysoce przezroczyste, co pozwala lekarzom obserwować określone obszary serca w celu postawienia diagnozy lub zastosowania leczenia.
Wyniki badań zostaną opublikowane w środę (5 lipca) w czasopiśmie Science Advances.
„Kilka poważnych powikłań, w tym migotanie przedsionków i blok serca, może wystąpić po operacjach kardiochirurgicznych lub terapii opartej na cewniku” – powiedział Igor Efimov z Northwestern, kardiolog eksperymentalny, który współprowadził badanie. „Obecne monitorowanie pooperacyjne i leczenie tych powikłań wymaga bardziej zaawansowanej technologii niż obecnie dostępna. Mamy nadzieję, że nasze nowe urządzenie może wypełnić tę lukę technologiczną. Nasze przejściowe urządzenie elektroniczne może mapować aktywność elektryczną z wielu miejsc w przedsionkach, a następnie dostarczać bodźce elektryczne z wielu miejsc, aby zatrzymać migotanie przedsionków, gdy tylko się zacznie”.
„Wielu zgonów, które mają miejsce po operacji serca lub zawale serca, można by zapobiec, gdyby lekarze mieli lepsze narzędzia do monitorowania i leczenia pacjentów w delikatnych tygodniach i miesiącach po tych wydarzeniach” – dodał Luyao Lu z GW, który współkierował pracą z Efimow. „Narzędzie opracowane w ramach naszej pracy ma ogromny potencjał w zakresie zaspokajania niezaspokojonych potrzeb w wielu programach podstawowych i translacyjnych badań kardiologicznych”.
Efimov jest profesorem inżynierii biomedycznej w McCormick School of Engineering w Northwestern oraz profesorem medycyny na Northwestern University Feinberg School of Medicine. Lu jest adiunktem inżynierii biomedycznej w GW.
Ta praca opiera się na poprzedniej pracy Efimova nad opracowaniem implantów sercowych do monitorowania i tymczasowego stymulacji serca. W 2021 roku Efimov i profesor Northwestern, John A. Rogers, przedstawili pierwszy w historii przejściowy rozrusznik serca, opublikowany w Nature Biomedical Engineering. Następnie, na początku tego roku, zespół Efimova zaprezentował grafenowy „tatuaż” do leczenia arytmii serca, opublikowany w Advanced Materials.
„Po operacjach serca chirurdzy czasami wprowadzają tymczasowe przewody, które są podłączone do zewnętrznych generatorów prądu, aby zapewnić stymulację elektryczną podczas tymczasowego bloku serca spowodowanego operacją” – powiedział Efimov. „Ostatnio opracowaliśmy bioresorbowalny stymulator serca, który ma zastąpić taki drut. Pooperacyjne migotanie przedsionków wymaga bardziej skomplikowanego podejścia opartego na wieloelektrodowej matrycy do wykrywania i zatrzymywania migotania przedsionków. Teraz przedstawiamy nowatorską technologię pozwalającą osiągnąć ten cel. “
Testowane na małych modelach zwierzęcych, nowe urządzenie zapewnia funkcje wykraczające poza funkcje tradycyjnego rozrusznika serca. Podczas gdy rozrusznik serca może zapewnić tylko jeden ogólny obraz serca (niezależnie od tego, czy serce bije, czy nie), urządzenie przejściowe zapewnia bardziej szczegółowy obraz. Nie tylko może przywrócić normalny rytm serca, ale także może pokazać, które obszary serca funkcjonują dobrze, a które nie. Przezroczystość urządzenia pozwala również naukowcom na optyczne mapowanie wielu ważnych parametrów fizycznych serca za pomocą urządzenia w celu lepszego badania funkcji serca i mechanizmów chorób serca.
Po klinicznie istotnym okresie urządzenie – wykonane z biokompatybilnych materiałów zatwierdzonych przez amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków – po prostu rozpuszcza się w łagodne produkty. Podobnie jak szwy wchłanialne, urządzenie rozkłada się, a następnie całkowicie zanika w wyniku naturalnych procesów biologicznych organizmu. Bioresorbowalność urządzenia może obniżyć koszty opieki zdrowotnej i poprawić wyniki pacjentów, unikając powikłań związanych z ekstrakcją chirurgiczną i zmniejszając ryzyko infekcji.
Badanie „Miękkie, bioresorbowalne, przezroczyste układy mikroelektrod do multimodalnego mapowania czasoprzestrzennego i modulacji fizjologii serca” było wspierane przez National Science Foundation i National Institutes of Health.