Μηχανικοί του Πανεπιστημίου Northwestern ανέπτυξαν έναν βηματοδότη τόσο μικροσκοπικό που μπορεί να χωρέσει σε μια σύριγγα για να εγχυθεί μη επεμβατικά στο σώμα. Μάλιστα, ο βηματοδότης αυτός ενεργοποιείται από το φως και όταν δεν είναι πλέον απαραίτητος, διαλύεται με ακίνδυνο τρόπο, χωρίς να χρειαστεί η εξαγωγή του!
Αν και μπορεί να λειτουργήσει με καρδιές όλων των μεγεθών, ο βηματοδότης είναι ιδιαίτερα κατάλληλος για τις μικροσκοπικές, εύθραυστες καρδιές νεογέννητων μωρών με συγγενή καρδιακά ελαττώματα, όπως αναφέρουν οι επιστήμονες στη μελέτη τους η οποία δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature.
Μικρότερος από έναν κόκκο ρυζιού, ο βηματοδότης συνδυάζεται με μια μικρή, μαλακή, ευέλικτη, ασύρματη, φορητή συσκευή που τοποθετείται στο στήθος του ασθενούς για τον έλεγχο της βηματοδότησης. Όταν η φορητή συσκευή ανιχνεύσει έναν ακανόνιστο καρδιακό παλμό, εκπέμπει αυτόματα έναν ελαφρύ παλμό για να ενεργοποιήσει τον βηματοδότη.
Σχεδιασμένος για ασθενείς που χρειάζονται μόνο προσωρινή βηματοδότηση, ο βηματοδότης απλώς διαλύεται αφού δεν είναι πλέον απαραίτητος. Όλα τα συστατικά του βηματοδότη είναι βιοσυμβατά, επομένως διαλύονται φυσικά στα βιορευστά του σώματος, παρακάμπτοντας την ανάγκη για χειρουργική εξαγωγή.
«Έχουμε αναπτύξει, από όσο γνωρίζουμε, τον μικρότερο βηματοδότη στον κόσμο», δήλωσε ο πρωτοπόρος της βιοηλεκτρονικής Northwestern John A. Rogers, ο οποίος ηγήθηκε της ανάπτυξης της συσκευής. “Υπάρχει κρίσιμη ανάγκη για προσωρινούς βηματοδότες στο πλαίσιο των παιδιατρικών καρδιοχειρουργικών επεμβάσεων και αυτό είναι μια περίπτωση χρήσης όπου η σμίκρυνση του μεγέθους είναι απίστευτα σημαντική. Όσον αφορά το φορτίο της συσκευής στο σώμα – όσο μικρότερος, τόσο το καλύτερο”.
«Το κύριο κίνητρό μας ήταν τα παιδιά», είπε ο πειραματικός καρδιολόγος του Βορειοδυτικού Ινστιτούτου, Ιγκόρ Εφίμοφ, ο οποίος ήταν συνεπικεφαλής της μελέτης. “Περίπου το 1% των παιδιών γεννιούνται με συγγενή καρδιακά ελαττώματα — ανεξάρτητα από το αν ζουν σε χώρα με χαμηλούς πόρους ή υψηλούς πόρους. Τα καλά νέα είναι ότι αυτά τα παιδιά χρειάζονται μόνο προσωρινή βηματοδότηση μετά από χειρουργική επέμβαση. Σε περίπου επτά ημέρες, οι καρδιές των περισσότερων ασθενών θα ανακάμψουν από μόνες τους. Αλλά αυτές οι επτά ημέρες είναι απολύτως κρίσιμες. Τώρα, μπορούμε να βάλουμε αυτή την καρδιά σε έναν μικρό ρυθμό με τον βηματοδότη.
Συνήθως, όταν ο προσωρινός βηματοδότης δεν χρειάζεται πλέον, οι γιατροί αφαιρούν τα ηλεκτρόδια του βηματοδότη. Οι πιθανές επιπλοκές περιλαμβάνουν μόλυνση, απομάκρυνση, σχισμένους ή κατεστραμμένους ιστούς, αιμορραγία και θρόμβους αίματος.
«Τα καλώδια προεξέχουν κυριολεκτικά από το σώμα, προσαρτημένα σε έναν βηματοδότη έξω από το σώμα», είπε ο Efimov. “Όταν ο βηματοδότης δεν είναι πλέον απαραίτητος, ένας γιατρός τον βγάζει. Τα καλώδια μπορεί να τυλιχτούν σε ουλώδη ιστό. Έτσι, όταν τα καλώδια τραβήξουν προς τα έξω, αυτό μπορεί να βλάψει τον καρδιακό μυ. Έτσι πέθανε στην πραγματικότητα ο Neil Armstrong . Έκανε προσωρινό βηματοδότη μετά από εγχείρηση bypass. Όταν αφαιρέθηκαν τα εσωτερικά καλώδια…”
Η λεπτή, ευέλικτη, ελαφριά συσκευή εξαλείφει την ανάγκη για ογκώδεις μπαταρίες και άκαμπτο υλικό, συμπεριλαμβανομένων των καλωδίων.
Παλμός με φως
Η ομάδα χρησιμοποίησε ένα υπέρυθρο μήκος κύματος φωτός που διεισδύει βαθιά και με ασφάλεια στο σώμα. Εάν ο καρδιακός ρυθμός του ασθενούς πέσει κάτω από ένα συγκεκριμένο ρυθμό, η φορητή συσκευή ανιχνεύει το συμβάν και ενεργοποιεί αυτόματα μια δίοδο εκπομπής φωτός. Στη συνέχεια, το φως αναβοσβήνει και σβήνει με ρυθμό που αντιστοιχεί στον κανονικό καρδιακό ρυθμό.
«Το υπέρυθρο φως διεισδύει πολύ καλά μέσα από το σώμα», είπε ο Efimov. “Αν βάλετε έναν φακό στην παλάμη σας, θα δείτε το φως να λάμπει από την άλλη πλευρά του χεριού σας. Αποδεικνύεται ότι τα σώματά μας είναι μεγάλοι αγωγοί του φωτός.”
Παρόλο που ο βηματοδότης είναι τόσο μικρός – με πλάτος μόλις 1,8 χιλιοστά, μήκος 3,5 χιλιοστά και πάχος 1 χιλιοστό – προσφέρει τόση διέγερση όσο ένας βηματοδότης πλήρους μεγέθους.
Η ευελιξία της τεχνολογίας ανοίγει ένα ευρύ φάσμα άλλων δυνατοτήτων για χρήση σε βιοηλεκτρονικά φάρμακα, συμπεριλαμβανομένης της βοήθειας για την επούλωση των νεύρων και των οστών, τη θεραπεία τραυμάτων και τον αποκλεισμό του πόνου.
