Новое устройство размером меньше рисового зёрнышка, его можно вводить с помощью шприца

Мировой рекорд: крошечный кардиостимулятор растворяется после завершения работы

Учёные разработали самый маленький в мире кардиостимулятор, который можно имплантировать с помощью шприца и который полностью растворяется после того, как он перестаёт быть нужен. Исследователи представили своё изобретение сегодня в журнале Nature.

Кардиостимуляторы — это имплантируемые устройства, которые электрически стимулируют сердечную мышцу для контроля частоты сердечных сокращений. Многие пациенты нуждаются во временных кардиостимуляторах при краткосрочных проблемах с сердцем, таких как брадикардия (замедленное сердцебиение) во время восстановления после кардиохирургических операций.

Традиционные временные кардиостимуляторы требуют инвазивных хирургических вмешательств для их установки и последующего удаления. Эти процедуры несут значительные риски, такие как инфекции или повреждение сердечной мышцы. Именно такая проблема стала причиной смерти Нила Армстронга, первого человека на Луне. После операции на сердце ему был установлен временный кардиостимулятор, но при его удалении возникло фатальное внутреннее кровотечение, объясняет Игорь Ефимов, профессор биомедицинской инженерии и кардиологии Северо-Западного университета в Чикаго.

Чтобы избежать осложнений, связанных с удалением кардиостимуляторов, Ефимов и его коллеги создали первый растворяющийся кардиостимулятор в 2021 году. Хотя этот устройство размером с четверть монеты показало отличные результаты в экспериментах на животных, кардиохирурги спросили, возможно ли ещё больше уменьшить размеры таких устройств для использования у детей.

«Мы были мотивированы нерешённой потребностью: детьми, рождёнными с врождёнными пороками сердца,» — говорит Ефимов.

Примерно 1% детей рождается с врождёнными дефектами сердца. После операций по лечению этих дефектов дети обычно нуждаются только во временном кардиостимуляторе, поскольку их сердца обычно восстанавливаются самостоятельно через 7 дней или около того. Целью было создать временный кардиостимулятор, который был бы максимально маленьким для нежных и хрупких сердец новорождённых, добавляет Ефимов.

Как работает крошечный растворяющийся кардиостимулятор?

Новый кардиостимулятор весит всего 13,8 миллиграммов и имеет размеры 1,8 × 3,5 × 1 мм, что позволяет ему помещаться внутри иглы шприца. В своих экспериментах учёные смогли имплантировать его через разрез кожи шириной менее 3 мм.

«Такой малый размер кардиостимулятора — беспрецедентен,» — говорит Ефимов.

Предыдущая версия устройства 2021 года питалась от встроенной антенны, что ограничивало попытки дальнейшей миниатюризации. В новом устройстве используются электроды, которые генерируют электрический ток при контакте с жидкостями организма. Такая конструкция исключает необходимость внешнего источника питания, проводов, выходящих за пределы тела, и антенны.

Новый кардиостимулятор является биоразлагаемым: он растворяется и поглощается организмом после окончания срока службы, что исключает необходимость хирургического удаления. Кроме того, устройство не мешает проведению магнитно-резонансной томографии (МРТ) и компьютерной томографии (КТ), что полезно для пациентов, которым требуется регулярная медицинская визуализация.

Исследователи также разработали небольшой, мягкий, гибкий и носимый на теле пациента патч, который располагается на груди. Когда этот патч обнаруживает нерегулярное сердцебиение, он автоматически испускает импульсы ближнего инфракрасного света. Эти сигналы проходят через кожу, грудную кость и мышцы, беспроводным способом управляя кардиостимулятором, включаясь и выключаясь с частотой, соответствующей желаемой частоте сердечных сокращений.

Экспериментальные результаты

В ходе экспериментов учёные обнаружили, что новые кардиостимуляторы эффективны как на малых животных (мыши, крысы), так и на крупных (собаки, свиньи), а также на человеческих сердцах, полученных от доноров органов. Несмотря на свои размеры, они обеспечивают стимуляцию, сравнимую с полноразмерными кардиостимуляторами.

Благодаря своим миниатюрным размерам исследователи могут безопасно размещать несколько устройств одновременно в разных областях сердца. Это позволит осуществлять более сложную стимуляцию различных участков сердца для восстановления регулярного сердцебиения. Учёные также предполагают, что новые кардиостимуляторы можно будет интегрировать в другие медицинские устройства, например, замены клапанов сердца, чтобы помочь кардиологам справиться с возможными осложнениями во время восстановления пациента.

Потенциальные применения за пределами кардиологии

Исследователи отмечают, что такие маленькие биоразлагаемые импланты могут найти применение и за пределами кардиологии. Например, эти устройства могут использоваться в качестве электростимуляторов для регенерации нервов и костей, лечения ран и управления болью.

Эта технология открывает новые горизонты в медицине, демонстрируя, как инженерные решения могут сделать лечение более безопасным, удобным и доступным для пациентов всех возрастов.

Материал является переводом оригинальной статьи: https://spectrum.ieee.org/pacemaker