Команда дослідників з Північно-Західного університету створила найменший у світі кардіостимулятор. Його можна імплантувати з допомогою мінімально інвазивних технік, а за відсутності потреби у його використанні він просто розчиняється.

Кардіостимулятори – це пристрої, які вживляють людям із метою відновлення та нормалізації порушень ритму серця. Зазвичай вони відтворюють функції синоатріального вузла, що є основним електричним годинником серця. Дуже часто такі девайси потрібні не на все життя, але для тимчасової підтримки органу, наприклад, для регуляції серцевого ритму після хірургічних втручань. Традиційний кардіостимулятор вимагає доволі інвазивного втручання як для встановлення, так і для демонтажу. Такі процедури мають значний ризик ускладнень, наприклад, пошкодження або інфікування серцевого м’яза. Наприклад, Нілу Армстронгу після операції на коронарних артеріях встановили саме такий тимчасовий кардіостимулятор. Спершу астронавт став почуватися краще, але після видалення дротів пристрою в нього відкрилася внутрішня кровотеча та впав тиск у порожнинах серця.

Аби запобігти проблемам, пов’язаним із видаленням кардіостимулятора, професор Єфімов та його колеги з Північно-Західного університету створили перший у світі розчинний кардіостимулятор – ще у 2021 році. Цей пристрій мав розміри монети номіналом 25 центів. Він добре показав себе в експериментах із тваринами, але кардіохірурги все ж звернулися до його творців із питанням, чи можливо ще сильніше зменшити девайс – насамперед для використання в педіатрії. За словами професора Єфімова, його команду надихнула можливість закрити потребу в кардіостимуляції серед дітей із вродженими вадами серця. Приблизно 1% дітей народжуються із дефектами серця, що потребують негайного втручання у перші місяці чи навіть тижні життя. Зазвичай, після таких операцій малечі необхідна лише тимчасова підтримка з допомогою кардіостимуляторів, адже у такому віці серце дитини відновлюється доволі швидко. Отже, перед дослідниками постало завдання створити максимально крихітний електростимулятор, який не пошкодив би тендітне серце немовляти.

Варіант кардіостимулятора від 2021 року використовував для живлення вбудовану антену, яка обмежувала можливості для мініатюризації такого формфактора. Новий пристрій обладнано електродами, що генерують електричний струм при контакті з біологічними рідинами людського тіла. Такий дизайн нівелює потребу у зовнішньому джерелі живлення та антенах. Завдяки цьому дослідникам вдалося зменшити девайс до розмірів, менших за рисове зернятко: 1,8 на 3,5 на 1 мм. Кардіостимулятор важить всього 13,8 мг та може поміститися всередині підгольного конуса шприца. Під час експериментів вченим вдалося імплантувати пристрій з допомогою ін’єкції через розріз шкіри завширшки менше за 3 мм. Як і його попередник, цей стимулятор є повністю біорозкладним. Це означає, що він розчиняється та засвоюється організмом після завершення терміну служби без потреби у повторному хірургічному втручанні. Цей девайс також абсолютно не заважає МРТ або КТ, що дуже доречно для пацієнтів, які потребують регулярного обстеження методами медичної візуалізації.

Вчені поєднали новий кардіостимулятор з зовнішньою накладкою – невеликою, м’якою та гнучкою. Її розміщують на грудях пацієнта. Коли ця накладка фіксує порушення ритму серцебиття, вона автоматично генерує імпульси в ближньому інфрачервоному спектрі. Вони проходять скрізь шкіру, кістки та м’язи пацієнта, бездротово керуючи роботою стимулятора. Частота сигналів відповідає бажаній частоті скорочень серцевих м’язів. У межах експериментів новітні кардіостимулятори продемонстрували високий рівень ефективності та стабільної роботи в невеличких тваринах на кшталт мишей або щурів, в собаках, свинях, а також в людських серцях від донорів. Попри свій крихітний розмір, цей пристрій забезпечив потрібний рівень стимуляції, не поступаючись повнорозмірним аналогам.

Завдяки невеликому розміру лікарі можуть розміщувати декілька стимуляторів у різних зонах серцевого м’яза для більш складної стимуляції окремих відділів органу. За словами розробників, такий кардіостимулятор також можна вбудовувати в інші медичні девайси, наприклад, у штучні клапани, аби забезпечити додатковий інструмент контролю ситуації на етапі реабілітації. До того ж вчені зазначають, що маленькі біорозкладні імпланти можливо використовувати для електричної стимуляції інших органів так тканин, наприклад, для відновлення нервів та кісток після операцій, терапії ран та знеболення.

Джерело: Millimetre-scale bioresorbable optoelectronic systems for electrotherapy / Yamin Zhang at al.