Самый маленький в мире кардиостимулятор размером с рисовое зерно
Рассасывающийся кардиостимулятор размером меньше рисового зернышка, работающий от света, может стать бесценным инструментом для спасения жизней новорожденных детей. О медицинском прорыве подробно рассказывается в исследовании, опубликованном 2 апреля в журнале Nature.
Ежегодно примерно один процент младенцев рождается с пороками сердца. В большинстве случаев требуется лишь временный имплантат на срок около семи дней, чтобы дать сердцу время для естественного самовосстановления. Но в регионах мира с низкими ресурсами и отсутствием доступа к современной медицинской помощи то, что должно быть простой процедурой, часто может закончиться трагедией. Между тем, существующий стандарт установки временных кардиостимуляторов у взрослых также сопряжен с трудностями. В большинстве случаев хирурги пришивают электроды непосредственно к сердцу, а затем присоединяют их к внешнему кардиостимулятору с помощью проводов, выходящих из груди пациента. Врачи удаляют электроды, как только необходимость в них отпадает, но после операции возникают такие риски, как инфекция, повреждение тканей, смещение и образование сгустков крови. Иногда провода также оказываются в рубцовой ткани, что приводит к дополнительным осложнениям.
«На самом деле именно так умер Нил Армстронг. После операции шунтирования ему установили временный кардиостимулятор. Когда провода были удалены, у него началось внутреннее кровотечение», - поясняет экспериментальный кардиолог и соруководитель исследования Игорь Ефимов.
В 2021 году команда Северо-Западного университета, в которую входил Ефимов, представила четвертьразмерный биоразлагаемый временный кардиостимулятор без громоздких батарей, жестких компонентов или проводов. Устройство работает на основе протоколов связи ближнего поля, аналогичных тем, что используются в RFID-метках и смартфонах для совершения электронных платежей. Однако для того, чтобы кардиостимулятор работал, в него должна быть встроена антенна для передачи радиочастотных команд.
Наш оригинальный кардиостимулятор работал хорошо. Он был тонким, гибким и полностью рассасывающимся. Но размер приемной антенны ограничивал наши возможности по его миниатюризации», - говорит его соавтор и пионер биоэлектроники Джон Роджерс.
Следующие несколько лет Роджерс, Ефимов и их соавторы провели в поисках способов уменьшить временный кардиостимулятор до еще более компактных размеров. В конце концов они поняли, что могут заменить радиоантенну на конструкцию, которая вместо этого использует передачу данных на основе света. Они также заменили источник питания для ближней связи в оригинальном устройстве на гальванический элемент - тип батареи, преобразующей химическую энергию в электрическую. В новой версии кардиостимулятор основан на двух металлических электродах, которые генерируют электрический ток, взаимодействуя с окружающими биологическими жидкостями. Затем этот ток направляется на стимуляцию и регуляцию работы сердца с помощью миниатюрного переключателя, активируемого инфракрасным светом, установленного на противоположной стороне батареи.
