Первый в мире транзиторный кардиостимулятор безвредно растворяется в организме

Исследователи из Северо-Западного университета и Университета Джорджа Вашингтона разработали первый в истории транзиентный кардиостимулятор – беспроводное, полностью имплантируемое устройство для кардиостимуляции без батарейки, которое растворяется, когда в нем больше нет необходимости. Исследование опубликовано 28 июня в журнале Nature Biotechnology. 

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 получает энергию от внешней удаленной антенны по беспроводной сети с использованием протоколов связи ближнего поля – той же технологии, которая используется в смартфонах для электронных платежей и в RFID-метках. Это устраняет необходимость в громоздких батареях и жестком оборудовании, включая провода или выводы. Свинец может не только занести инфекцию, но и окутать рубцовую ткань, что приведет к дальнейшему повреждению при удалении.

«Оборудование, размещенное в сердце или рядом с ним, создает риск заражения и других осложнений», – сказал Джон А. Роджерс из Northwestern, руководивший разработкой устройства.  “Наши беспроводные временные кардиостимуляторы преодолевают ключевые недостатки традиционных временных устройств, устраняя необходимость в чрескожных выводах для хирургических процедур извлечения, что дает возможность снижения затрат и улучшения результатов лечения”.

«Иногда пациенты нуждаются в кардиостимуляторах только временно, возможно, после операции на открытом сердце, сердечного приступа или передозировки наркотиков», – сказал доктор Риши Арора, кардиолог из Northwestern Medicine, который был одним из руководителей исследования. «После того, как сердце пациента стабилизируется, мы можем удалить кардиостимулятор. Текущий стандарт лечения включает в себя введение провода, который остается на месте в течение трех-семи дней. Он может быть инфицирован или смещен».

«Платформа переходной электроники открывает совершенно новую главу в медицине и биомедицинских исследованиях» , – сказал профессор Игорь Ефимов, 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 многого другого».

В настоящее время, чтобы установить временный кардиостимутор 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 управления сердечным ритмом.

Когда временный кардиостимулятор больше не нужен, врачи снимают электроды.  Хотя это нечасто бывает, но осложнения имплантированных временных кардиостимуляторов включают инфекцию, смещение, разрыв или повреждение тканей, кровотечение и образование тромбов.

С транзитным кардиостимулятором 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 и доставляют электрический импульс.

«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 сам по себе, что позволяет избежать необходимости физического удаления кардиостимулятора – это большая победа для послеоперационных пациентов.

«При дальнейших модификациях в конечном итоге станет возможным имплантировать такие биорезорбируемые кардиостимуляторы через вену на ноге или руке», – добавил он. «В этом случае также можно будет обеспечить временную стимуляцию пациентам, перенесшим сердечный приступ, или пациентам, подвергающимся катетерным процедурам, таким как транскатетерная замена аортального клапана».

Кардиохирург компании Northwestern Medicine доктор Дюк Тхин Фам, не участвовавший в исследовании, рассказывает, что 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 растворяющийся кардиостимулятор просто великолепен», – сказал он, который за свою карьеру провел более 2000 операций на сердце. «Помимо решения основной проблемы, связанной с пациентами после операции на сердце, которым требуется временная кардиостимуляция из-за блокад или аритмий, устройство решает вторичную проблему комфорта пациента, способности свободно двигаться и восстанавливаться. Это устройство значительно улучшит послеоперационный период пациента “.

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.

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 полного разложения, устройства полностью исчезают в результате естественных биологических процессов организма.

«Мы производим эти устройства из различных типов безопасных, рассасывающихся материалов и в оптимизированной архитектуре, чтобы гарантировать стабильную работу в течение периода времени, несколько более длительного, чем это клинически необходимо», – сказал Роджерс. «Мы можем адаптировать устройства для широкого спектра соответствующих сроков жизни. Переходные технологии, в общем, когда-нибудь могут обеспечить терапию или лечение широкого спектра заболеваний, служа, в некотором смысле, в качестве инженерной формы медицины».