Ένας διαλυτός βηματοδότης που είναι μικρότερος από έναν κόκκο ρυζιού και τροφοδοτείται από το φως θα μπορούσε να γίνει ένα ανεκτίμητο εργαλείο για την αποθήκευση της ζωής των νεογέννητων βρεφών. Η ιατρική ανακάλυψη περιγράφεται λεπτομερώς σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στις 2 Απριλίου στο Φύση.
Βάναυσως ένα τοις εκατό των βρεφών γεννιούνται με καρδιακά ελαττώματα κάθε χρόνο. Η πλειοψηφία αυτών των περιπτώσεων απαιτεί μόνο ένα προσωρινό εμφύτευμα για περίπου επτά ημέρες για να επιτρέψει την ώρα για την καρδιά να φυσικά αυτο-επανένταξη. Αλλά για τις περιοχές χαμηλού πόρου του κόσμου που δεν έχουν πρόσβαση στην προηγμένη ιατρική περίθαλψη, τι πρέπει να είναι μια απλή διαδικασία μπορεί συχνά να τελειώσει στην τραγωδία. Εν τω μεταξύ, το τρέχον πρότυπο για προσωρινούς βηματοδότες σε ενήλικες παρουσιάζει επίσης δυσκολίες. Οι περισσότερες διαδικασίες περιλαμβάνουν χειρουργούς ηλεκτροδίων ράγισης απευθείας πάνω στην καρδιά, στη συνέχεια συνδέοντας αυτά τα ηλεκτρόδια σε ένα εξωτερικό κιβώτιο βηματοδότησης χρησιμοποιώντας καλώδια που εξέρχονται από το στήθος ενός ασθενούς. Οι γιατροί απομακρύνουν τα ηλεκτρόδια μόλις δεν χρειάζονται πλέον, αλλά οι κίνδυνοι μετά τη χειρουργική επέμβαση περιλαμβάνουν λοίμωξη, κατεστραμμένο ιστό, απομάκρυνση και θρόμβους αίματος. Τα καλώδια μερικές φορές γίνονται επίσης εγκλεισμένα σε ιστό ουλής, παρουσιάζοντας περαιτέρω επιπλοκές.
“Αυτό ήταν στην πραγματικότητα πώς πέθανε ο Neil Armstrong, είχε έναν προσωρινό βηματοδότη μετά από χειρουργική επέμβαση παράκαμψης, όταν τα καλώδια απομακρύνθηκαν, παρουσίασε εσωτερική αιμορραγία”, εξηγεί ο πειραματικός καρδιολόγος και ο συν-επικεφαλής του Igor Efimov.
Το 2021, μια ομάδα του Πανεπιστημίου Northwestern, συμπεριλαμβανομένου του Efimov, αποκάλυψε α Προσωρινό βηματοδότη βιοαποικοδομήσιμης βιοεπίστρας Χωρίς δυσκίνητες μπαταρίες, άκαμπτα εξαρτήματα ή καλωδίωση. Η συσκευή βασίζεται σε πρωτόκολλα επικοινωνίας κοντά στο πεδίο παρόμοια με εκείνα που χρησιμοποιούνται σε ετικέτες RFID και smartphones για την ολοκλήρωση ηλεκτρονικών πληρωμών. Για να λειτουργήσει, ωστόσο, ο βηματοδότης έπρεπε να συμπεριλάβει μια ενσωματωμένη κεραία για να αναμεταδίδει εντολές ραδιοσυχνότητας.
“Ο αρχικός μας βηματοδότης δούλεψε καλά, ήταν λεπτό, ευέλικτο και πλήρως απορροφήσιμο, αλλά το μέγεθος της κεραίας του δέκτη περιόρισε την ικανότητά μας να το μινιατούμενε”, δήλωσε ο συν-δημιουργός και ο πρωτοπόρος της βιοηλεκτρονικής John Rogers.
Ο Rogers, ο Efimov και οι συνεργάτες πέρασαν τα επόμενα χρόνια ερευνώντας τρόπους για να συρρικνώσουν τον προσωρινό βηματοδότη τους σε ακόμη μικρότερες αναλογίες. Τελικά συνειδητοποίησαν ότι θα μπορούσαν να ανταλλάξουν την κεραία ραδιοφώνου για ένα σχέδιο που αντ ‘αυτού βασίζεται στη μετάδοση δεδομένων με βάση το φως. Αντικατέστησαν επίσης την πηγή ενέργειας επικοινωνίας κοντά στο πεδίο της αρχικής συσκευής με ένα γαλβανικό κύτταρο-έναν τύπο μπαταρίας που μετατρέπει τη χημική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Στη νέα έκδοση, ο βηματοδότης βασίζεται σε δύο μεταλλικά ηλεκτρόδια που παράγουν ένα ηλεκτρικό ρεύμα μετά από αλληλεπίδραση με τα περιβάλλοντα βιοφθίδια. Αυτό το ρεύμα κατευθύνεται στη συνέχεια να διεγείρει και να ρυθμίζει την καρδιά μέσω ενός μικροσκοπικού διακόπτη που ενεργοποιείται από υπέρυθρο φωτός που είναι εγκατεστημένος στην αντίθετη πλευρά της μπαταρίας.
“Το υπέρυθρο φως διεισδύει πολύ καλά μέσα από το σώμα”, δήλωσε ο Efimov. “Εάν βάλετε έναν φακό ενάντια στην παλάμη σας, θα δείτε την ελαφριά λάμψη μέσα από την άλλη πλευρά του χεριού σας. Αποδεικνύεται ότι τα σώματά μας είναι μεγάλοι αγωγοί φωτός”.
Επειδή η ανθρώπινη καρδιά απαιτεί μόνο μια μικρή ποσότητα ηλεκτρικής διέγερσης, οι ερευνητές ήταν σε θέση να συρρικνώσουν τον βηματοδότη επόμενης γενιάς τους ακόμη μικρότερο. Το τελικό αποτέλεσμα είναι μια συσκευή πάχους 1 χιλιομέτρου που μετρά μόνο 1,8 mm πλάτος και μήκος 3,5 mm που εξακολουθεί να είναι ικανή να παρέχει τόσο ηλεκτρική διέγερση όσο ένας τυπικός βηματοδότης.
“Έχουμε αναπτύξει αυτό που είναι, κατά τη γνώση μας, ο μικρότερος βηματοδότης του κόσμου”, δήλωσε ο Rogers.
Δεδομένου ότι τα υλικά του διαλύονται με ασφάλεια με την πάροδο του χρόνου, ο βηματοδότης επίσης δεν απαιτεί καμία παρακολούθηση επεμβατικής χειρουργικής για να την αφαιρέσει. Αυτό μειώνει δραματικά τις δυνατότητες για επιπλοκές και τραύμα μετά την OP.
Αλλά γιατί να σταματήσετε σε ένα μόνο μικροσκοπικό βηματοδότη; Οι Efimov, Rogers και συνεργάτες πιστεύουν ότι οι περαιτέρω εξελίξεις θα μπορούσαν να επιτρέψουν την ανάπτυξη πολλαπλών συσκευών σε όλη την καρδιά. Μόλις εμφυτευτούν, οι σχεδιαστές θα μπορούσαν να τους συντονίσουν για να κινηθούν ανεξάρτητα ή μαζί με βάση συγκεκριμένα μήκη κύματος φωτός. Αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει σε πιο πολύπλοκες θεραπείες συγχρονισμού, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που αντιμετωπίζουν τις αρρυθμίες.
“Θα μπορούσαμε επίσης να ενσωματώσουμε τους βηματοδότες μας σε άλλες ιατρικές συσκευές όπως οι αντικαταστάσεις της καρδιάς βαλβίδων, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει καρδιακό μπλοκ”, πρότεινε ο Efimov.
Το μέγεθος της συσκευής σημαίνει επίσης ότι μπορεί να ενσωματωθεί σε άλλα εμφυτεύσιμα εργαλεία, όπως αντικαταστάσεις βαλβίδας αορτής Transcatheter, αναστολείς πόνου, καθώς και τεχνικές αποκατάστασης νεύρων και οστών. Αυτές οι μελλοντικές δυνατότητες, ωστόσο, όλοι εντοπίζουν τον αρχικό στόχο της ομάδας.
“Το κύριο κίνητρό μας ήταν παιδιά”, δήλωσε ο Efimov. “Τώρα, μπορούμε να τοποθετήσουμε αυτό το μικροσκοπικό βηματοδότη στην καρδιά ενός παιδιού και να το διεγείρει με μια μαλακή, απαλή, φορητή συσκευή.”
Περισσότερες προσφορές, κριτικές και οδηγοί αγοράς
VIA: popsci.com
