Verdens minste pacemaker – mindre enn et riskorn – kan bidra til å redde babyer født med hjertefeil, sier forskere.
Miniatyrenheten kan settes inn med en sprøyte og løses opp etter at den ikke lenger er nødvendig.
Selv om det kan fungere med hjerter i alle størrelser, sier ingeniørene som opprettet det ved Northwestern University at det er spesielt godt egnet til de bittesmå, skjøre hjertene til nyfødte babyer med medfødte hjertefeil.
Den måler bare 1,8 millimeter i bredden, 3,5 millimeter i lengde og en millimeter i tykkelse, men den leverer fremdeles like mye stimulering som en pacemaker i full størrelse.
Den bittesmå pacemakeren er sammenkoblet med en liten, myk, fleksibel, trådløs, bærbar enhet som monteres på en pasients bryst for å kontrollere tempoet.
Når den bærbare enheten oppdager en uregelmessig hjerteslag, skinner den automatisk en lyspuls for å aktivere pacemakeren.
De korte pulser – som trenger gjennom pasientens hud, brystben og muskler – kontrollerer tempoet.
Pacemakeren er designet for pasienter som bare trenger midlertidig tempo, og løses ganske enkelt opp etter at det ikke lenger er nødvendig.
Teamet av ingeniører fra Northwestern forklarte at pacemakerens komponenter er biokompatible, slik at de naturlig oppløses i kroppens biofluider, og omgår behovet for kirurgisk ekstraksjon.
En studie publisert i tidsskriftet Nature viser enhetens effektivitet på tvers av flere store og små dyremodeller så vel som menneskelige hjerter fra avdøde organdonorer.
«Vi har utviklet det som, så vidt vi vet, verdens minste pacemaker,» sa nordvestlige bioelektroniske pionerprofessor John Rogers, som ledet utviklingsprosjektet.
«Det er et avgjørende behov for midlertidige pacemakere i sammenheng med pediatriske hjerteoperasjoner, og det er en brukstilfelle der størrelse miniatyrisering er utrolig viktig. Når det gjelder enhetsbelastningen på kroppen – jo mindre, jo bedre.»
Nordvestlige eksperimentelle kardiologprofessor Igor Efimov, som co-ledet studien, sa at deres «viktigste motivasjon» var barn.
«Omtrent 1% av barna blir født med medfødte hjertefeil, uavhengig av om de bor i et land med lav ressurs eller høyt ressurs,» sa han.
«Den gode nyheten er at disse barna bare trenger midlertidig tempo etter en operasjon. Om syv dager eller så vil de fleste pasienters hjerter selvreparere. Men de syv dagene er helt kritiske.
Nå kan vi plassere denne bittesmå pacemakeren på et barns hjerte og stimulere den med en myk, skånsom, bærbar enhet.
«Og ingen ekstra kirurgi er nødvendig for å fjerne den.»
Prosjektet bygger på et tidligere samarbeid mellom Prof Rogers og Prof Efimov, der de utviklet det første oppløselige enheten for midlertidig tempo.
Mange pasienter trenger midlertidige pacemakere etter hjerteoperasjoner, enten mens de venter på en permanent pacemaker eller for å gjenopprette normal hjertefrekvens under utvinningen.
For den nåværende standarden for omsorg syr kirurger elektrodene på hjertemuskelen under operasjonen.
Ledninger fra elektrodene går ut av fronten på pasientens bryst, der de kobles til en ekstern tempo -boks som leverer en strøm for å kontrollere hjertets rytme.
Når den midlertidige pacemakeren ikke lenger er nødvendig, fjerner kirurger pacemakerelektrodene.
Men potensielle komplikasjoner inkluderer infeksjon, løsrivelse, revet eller skadet vev, blødning og blodpropp.
«Ledninger stikker bokstavelig talt ut av kroppen, festet til en pacemaker utenfor kroppen,» sa Efimov.
“Når pacemakeren ikke lenger er nødvendig, trekker en lege den ut. Ledningene kan bli innhyllet i arrvev. Så når ledningene blir trukket ut, kan det potensielt skade hjertemuskelen.
«Det var faktisk slik Neil Armstrong døde. Han hadde en midlertidig pacemaker etter en bypass -operasjon. Da ledningene ble fjernet, opplevde han indre blødninger.»
Rogers sa at deres opprinnelige pacemaker fungerte bra, men størrelsen på mottakerantennen begrenset deres evne til å miniatyrisere den.
«I stedet for å bruke radiofrekvensskjemaet for trådløs kontroll, utviklet vi et lysbasert ordning for å slå pacemakeren på og levere stimuleringspulser til overflaten av hjertet,» sa han.
«Dette er en funksjon som tillot oss å redusere størrelsen dramatisk.»
Forskerteamet gjeninnførte også strømkilden.
I stedet for å bruke nærfelt kommunikasjon for å levere strøm, opererer den nye pacemakeren gjennom virkningen av en galvanisk celle, et enkelt batteri som transformerer kjemisk energi til elektrisk energi.
«Når pacemakeren blir implantert i kroppen, fungerer de omkringliggende biofluidene som den ledende elektrolytten som elektrisk blir sammen med de to metallputene for å danne batteriet,» sa Rogers.
«En veldig liten lysaktivert bryter på motsatt side fra batteriet lar oss vende enheten fra sin» off «-tilstand til en» på «-tilstand ved levering av lys som passerer gjennom pasientens kropp fra den hudmonterte lappen.»
Hvis pasientens hjertefrekvens synker under en viss hastighet, oppdager den bærbare enheten hendelsen og aktiverer automatisk en lysemitterende diode.
Lyset blinker deretter av og på med en hastighet som tilsvarer den normale hjertefrekvensen.
“Infrarødt lys trenger veldig godt gjennom kroppen,” Efimov Siad. «Hvis du legger en lommelykt mot håndflaten din, vil du se lyset gløde gjennom den andre siden av hånden din.»
Rogers la til forklarte at hjertet krever en liten mengde elektrisk stimulering.
«Ved å minimere størrelsen, forenkler vi dramatisk implantasjonsprosedyrene, vi reduserer traumer og risikerer for pasienten, og med den oppløselige naturen til enheten eliminerer vi ethvert behov for sekundære kirurgiske ekstraksjonsprosedyrer,» sa han.
«Vi kan innlemme pacemakerne våre i andre medisinske utstyr som hjerteventilutskiftninger, noe som kan forårsake hjerteblokk,» la Efimov til.
Det nordvestlige teamet sier at teknologens allsidighet åpner andre muligheter for bruk i bioelektroniske medisiner, inkludert å hjelpe nerver og bein med lege, behandle sår og blokkere smerter.
«Fordi den er så liten, kan denne pacemakeren integreres med nesten alle slags implanterbare enheter,» sa Rogers.
