Cel mai mic stimulator cardiac din lume, activat de lumină

Un grup de ingineri de la Universitatea Northwestern a creat un stimulatoare cardiac (pacemaker) extrem de mic, de mărimea unui bob de orez, care poate fi injectat cu ajutorul unei seringi și care, ulterior, se dizolvă în mod natural în corp. Acest dispozitiv miniatural este conectat la o tehnologie inovatoare: un plasture flexibil și moale, care se aplică pe pieptul pacientului și detectează automat bătăi cardiace neregulate. Când apar probleme în ritmul cardiac, plasturele emite impulsuri luminoase (infraroșii) care pătrund prin piele și activează pacemakerul injectat. Dispozitivul a fost testat cu succes în modele preclinice, demonstrându-și utilitatea în special pentru nou-născuții cu defecte congenitale cardiace, care necesită doar temporar stimulare artificială post-operator.
Pacemakerul temporar este frecvent necesar la pacienții cu probleme de ritm cardiac pe termen scurt – de exemplu, după o intervenție chirurgicală la inimă. În prezent, stimulatoarele temporare implică de obicei fire (electrozi) introduse prin piele și conectate la un generator extern. După ce nu mai e nevoie de dispozitiv, este necesară o extracție invazivă, cu potențiale riscuri (includeri în țesut cicatricial, infecții etc.).  

Există o nevoie urgentă de pacemakere mai sigure, de dimensiuni reduse, care să fie:  

• Minim invazive la introducere,  
• Ușor de eliminat (sau care să nu mai necesite deloc extracție),  
• Adaptabile la nevoile copiilor și nou-născuților cu inimi extrem de fragile.  

Inovația: „Cel mai mic pacemaker din lume”

Dimensiuni și compoziție

Pacemakerul are 1,8 mm lățime, 3,5 mm lungime și 1 mm grosime. Include o baterie galvanică care folosește biofluidele corpului pentru a genera curent electric. Astfel, nu mai există antene mari sau baterii clasice, permițând miniaturizarea extremă. Este realizat din materiale bioresorbabile, care se dizolvă în timp. Durata de viață e controlată prin compoziție și grosime ale stratului electronic, similare cu conceptul de “suturi absorbabile”.  

Sistemul de activare cu lumină

Dispozitivul funcționează pe principiul unui trigger optic (un comutator iluminat), în locul schemei clasice de comunicație radio (near-field communication). Pe pieptul pacientului se atașează un plasture moale, care monitorizează ritmul cardiac. Dacă detectează că ritmul scade sub o anumită frecvență, emite o lumină infraroșie. Lumina traversează țesuturile (piele, stern, mușchi) și acționează comutatorul optic din micro-pacemaker, care eliberează impulsuri electrice de intensitate mică, suficiente pentru a stimula inima.

Dizolvare și absența complicatiilor chirurgicale

După ce perioada de recuperare este finalizată (câteva zile sau săptămâni, în funcție de caz), pacemakerul se dizolvă, evitând o nouă intervenție chirurgicală sau extragere percutană. Astfel, riscurile de infectare, sângerare sau lezare a țesutului, asociate cu dispozitivele temporare actuale, se reduc semnificativ.

Aplicație critică la nou-născuții cu defecte congenitale

Studiile clinice vizează in special pacienții pediatrici, unde ventriculele și valvele sunt mici și fragile, iar intervențiile clasice sunt foarte invazive și riscante. Adesea, copiii cu malformații cardiace au nevoie de un pacemaker doar timp de 5–7 zile post-operator, până când cordul își recapătă funcția. Aceasta e perioada de risc maxim, pe care pacemakerul temporar o acoperă. Miniaturizarea și faptul că nu e necesară extracția ulterioară fac aceste dispozitive ideal adaptate pentru neonatologie.

Teste și validare

Lucrarea publicată în jurnalul Nature a inclus rezultate din modele animale de diverse dimensiuni (șoareci, șobolani, porci, câini), precum și teste pe inimi umane donate post-mortem, pentru a verifica compatibilitatea fizică și eficiența stimulului electric. Studiul demonstrează că, deși minuscul, dispozitivul oferă aceeași capacitate de stimulare ca un pacemaker clasic. Cercetătorii au observat posibilitatea implantării multiple pe suprafața inimii (multi-site pacing), ceea ce ar putea duce la scheme de stimulare mai complexe (de ex., tratarea aritmiilor prin ritmuri diferențiate pe diferite regiuni cardiace).

Semnificații și viitor

Pacemaker temporar, minimal invaziv

Dispozitivul poate fi inserat printr-o seringă, evitând inciziile ample. Este o soluție rapidă și mai puțin traumatică, cu potențial de aplicare extinsă (chirurgie cardiacă, recuperare post-operatorie etc.).

Direcții de extindere

Cercetătorii prevăd că aceeași tehnologie resorbabilă și optică ar putea fi folosită pentru nervi, oase sau în alte terapii electro-fiziologice (tratament al durerii, vindecare mai rapidă a rănilor etc.). Integrarea cu alte implanturi (de ex. valve aortice transcateter) pentru a gestiona riscul de blocuri atrio-ventriculare.

Perspective

Tehnologia „bioelectronică resorbabilă” deschide o linie de tratament „temporar, dar complet fără fir”, evitând cea mai mare problemă a dispozitivelor tradiționale: fire externe, extractibilitate dificilă și riscuri de infecție. Miniaturizarea extremă și controlul prin lumină permit adaptarea la o gamă largă de pacienți și situații clinice, inclusiv pediatrice, dar și pentru adulți cu necesități temporare de stimulare.

Concluzii

Prin această inovație – un pacemaker de dimensiuni infime, care folosește impulsuri luminoase transmise de un plasture extern și se dizolvă apoi în organism – cercetătorii oferă o soluție practică și sigură pentru pacienții cu nevoie tranzitorie de stimulare cardiacă. Beneficiile se remarcă mai ales la nou-născuți cu defecte congenitale, dar tehnologia se poate extinde la numeroase alte aplicații cardio-vasculare și nu numai. Reprezintă un salt semnificativ către „medicina bioelectronică”, unde implanturile temporare, netoxice și extrem de personalizabile devin posibile.