Тонкое, гибкое и легкое устройство можно использовать у пациентов, которым требуется временная кардиостимуляция после операции на сердце или в ожидании постоянного кардиостимулятора. Все компоненты кардиостимулятора биосовместимы и естественным образом впитываются в биологические жидкости организма в течение пяти-семи недель без хирургического вмешательства.
Устройство извлекает энергию из внешней удаленной антенны по беспроводной сети, используя протоколы связи ближнего поля – та же технология, которая используется в смартфонах для электронных платежей и в RFID-метках. Это устраняет необходимость в громоздких батареях и жестком оборудовании, включая провода (или выводы).
Свинцы не только вызывают инфекции, но и могут окутываться рубцовой тканью, вызывая дальнейшие повреждения при удалении.
Исследование будет опубликовано 28 июня в журнале Nature Biotechnology.
В документе демонстрируется эффективность устройства на серии крупных и мелких моделей животных.
«Оборудование, помещенное в сердце или рядом с ним, создает риск заражения и других осложнений», – сказал Джон А. Роджерс, который руководил разработкой устройства. «Наши беспроводные временные кардиостимуляторы преодолевают ключевые недостатки традиционных временных устройств, устраняя необходимость в чрескожных выводах для хирургических процедур удаления – тем самым предлагая потенциал для снижения затрат и улучшения результатов лечения пациентов.
Этот необычный тип устройства может представлять будущее технологии временной кардиостимуляции."
«Иногда пациенты нуждаются в кардиостимуляторах только временно, возможно, после операции на открытом сердце, сердечного приступа или передозировки наркотиков», – сказал д-р. Риши Арора, кардиолог из Northwestern Medicine, который руководил исследованием. «После того, как сердце пациента стабилизируется, мы можем удалить кардиостимулятор. Текущий стандарт ухода включает введение проволоки, которая остается на месте от трех до семи дней. Они могут быть инфицированы или выброшены."
«Платформа переходной электроники открывает совершенно новую главу в медицине и биомедицинских исследованиях», – сказал Игорь Ефимов из GW, который руководил исследованием вместе с Роджерсом и Аророй. «Биорезорбируемые материалы, лежащие в основе этой технологии, позволяют создавать целый ряд диагностических и терапевтических переходных устройств для мониторинга прогрессирования заболеваний и методов лечения, предоставления электрических, фармакологических, клеточных методов лечения, репрограммирования генов и т. Д."
Роджерс – профессор Луи Симпсона и Кимберли Кверри в области материаловедения и инженерии, биомедицинской инженерии и неврологической хирургии в Школе инженерии Маккормика и Школе медицины Файнберга, а также директором Института биоэлектроники Кверри Симпсона. Арора – профессор медицины в Feinberg и содиректор Центра исследований аритмии.
Ефимов – профессор биомедицинской инженерии Алисанн и Терри Коллинз в GW.
Отказ от ограничительных и рискованных клиентов
В настоящее время, чтобы установить временную кардиостимуляцию после операции на открытом сердце, хирурги должны пришивать временные электроды кардиостимулятора к сердечной мышце во время операции. У них есть выводы, которые выходят из передней части груди пациента и подключаются к внешнему модулю кардиостимуляции, который подает ток для контроля сердечного ритма.
Когда временный кардиостимулятор больше не нужен, врачи снимают электроды кардиостимулятора. Хотя это случается редко, но потенциальные осложнения имплантированных временных кардиостимуляторов включают инфекцию, смещение, разрыв или повреждение тканей, кровотечение и образование тромбов.
С транзитным кардиостимулятором Northwestern и GW хирурги и пациенты могут избежать этой потенциально рискованной процедуры. Полностью имплантируемое устройство легкое и тонкое – толщина 250 микрон и вес менее половины грамма.
Мягкий и гибкий, он заключает в себе электроды, которые мягко ламинируются на поверхности сердца для передачи электрического импульса.
«Вместо использования проводов, которые могут инфицироваться и смещаться, мы можем имплантировать этот безвыводный биосовместимый кардиостимулятор», – сказал Арора. "Схема имплантируется прямо на поверхность сердца, и мы можем активировать ее удаленно.
В течение нескольких недель этот новый тип кардиостимулятора «растворяется» или разрушается сам по себе, что позволяет избежать необходимости физического снятия электродов кардиостимулятора. Это потенциально большая победа для послеоперационных пациентов.
«С дальнейшими модификациями, в конечном итоге станет возможным имплантировать такие биорезорбируемые кардиостимуляторы через вену на ноге или руке», – добавил он. «В этом случае также может быть возможно обеспечить временную кардиостимуляцию пациентам, перенесшим сердечный приступ, или пациентам, подвергающимся катетерным процедурам, таким как транскатетерная замена аортального клапана."
Приоритет комфорта пациента
Кардиохирург Northwestern Medicine д-р.
Дюк Тхинь Фам, который не принимал участия в исследовании, считает, что временный кардиостимулятор, несомненно, сделает его пациентов более комфортными. При использовании современных кардиостимуляторов пациенты часто чувствуют дискомфорт в течение нескольких дней после введения электродов. Затем они должны ограничить свои движения и действия, чтобы не допустить смещения проводов.
«Этот транзиторный кардиостимулятор просто великолепен», – сказал Фам, который за свою карьеру провел более 2000 операций на сердце. «Помимо решения основной проблемы, связанной с эпизодическими пациентами после операции на сердце, которым требуется временная стимуляция из-за блокады или аритмий, устройство решает вторичную проблему комфорта пациента, способности свободно двигаться и реабилитации.
В случае успеха это устройство значительно улучшит послеоперационный период пациента."
Исчезающий акт
Это второй пример биорезорбируемой электронной медицины из лаборатории Роджерса, которая изучает переходную электронику более десяти лет.
В 2018 году Роджерс и его коллеги продемонстрировали первое в мире биорезорбируемое электронное устройство – биоразлагаемый имплант, который ускоряет регенерацию нервов. Биорассасывающиеся устройства команды совершенно безвредны – они похожи на рассасывающиеся швы. После полной деградации устройства полностью исчезают в результате естественных биологических процессов организма.
«Очевидно, что существует потребность в улучшенных временных кардиостимуляторах», – сказал д-р. Брэдли Найт, Честер C. и Дебора М. Кули, заслуженный профессор кардиологии в Feinberg и соавтор исследования. «Когда я впервые узнал о биорезорбируемом нервном стимуляторе, я связался с профессором Роджерсом, чтобы изучить возможность использования этой технологии для стимуляции сердца. Он уже начал работать с доктором. Ефимов разработает уменьшенную версию биорезорбируемого кардиостимулятора в качестве доказательства концепции.
Затем мы работали с обеими командами над разработкой увеличенной версии биорезорбируемого безвыводного кардиостимулятора, который мог бы быть эффективным в человеческом масштабе. Это отличный пример того, что мы можем создать в Northwestern, объединяя знания в области инженерии и медицины."
В зависимости от пациента временный кардиостимулятор может потребоваться от пары дней до нескольких недель. Изменяя состав и толщину материалов в устройстве, команда Роджерса может контролировать точное количество дней, в течение которых оно остается работоспособным до растворения.
«Мы производим эти устройства из различных типов безопасных, рассасывающихся материалов и в оптимизированной архитектуре, чтобы гарантировать стабильную работу в течение периода времени несколько дольше, чем это клинически необходимо», – сказал Роджерс. "Мы можем адаптировать устройства для широкого спектра соответствующих сроков службы. Временные технологии, в общем, когда-нибудь могут обеспечить терапию или лечение широкого спектра заболеваний, в каком-то смысле выступая в качестве инженерной формы медицины."