Интелигентен пейсмейкър се разтваря безвредно в тялото, когато вече не е необходим

Миналото лято учени от Северозападния университет представиха първия в света временен пейсмейкър, напълно имплантируемо безжично устройство, което се разтваря безвредно в тялото, когато вече не е необходимо. На 27 май в списание Science авторите – Джон А. Роджърс (John A. Rogers), Игор Р. Ефимов и Риши Арора (Rishi Arora) съобщават за нова интелигентна версия, която е интегрирана в координирана мрежа от безжични, меки, гъвкави сензори за носене и контролни устройства, разположени около горната част на тялото.

Сензорите комуникират помежду си, мониторирайки непрекъснато помежду си различни физиологични функции на тялото, включително телесна температура, нива на кислород, дишане, физическа активност, мускулен тонус и електрическа активност на сърцето.

След това системата автоматично анализира тази комбинирана дейност с алгоритми, за да открие автономно анормални сърдечни ритми и да реши кога да ритъмът на сърцето и с каква скорост. Цялата тази информация се предава на смартфон или таблет, така че лекарите могат да наблюдават пациентите си от разстояние.

„Този ​​подход има потенциала да промени начина, по който пациентите получават грижи, като предоставя мултимодален затворен контрол върху основните физиологични процеси чрез безжична мрежа от сензори и стимулатори, които работят на принципа на сложни биологични вериги за обратна връзка, които контролират поведението на живите организми. ”

Новият временен пейсмейкър и сензорна/контролна мрежа може да се използва при пациенти, които се нуждаят от временно пейсмейкър след сърдечна операция или които чакат постоянно поставяне на пейсмейкър. Пейсмейкърът получава безжично захранване от възел в мрежата, малко безжично устройство, което е меко прикрепено към гърдите на пациента. Тази технология елиминира необходимостта от външен хардуер, включително проводници (или проводници).

За да може системата да комуникира с пациента, изследователите са включили малко устройство за носене с хаптична обратна връзка, което може да се носи навсякъде по тялото. Когато сензорите открият проблем (като изтощена батерия, неправилно поставяне на устройството или неправилно функциониращ пейсмейкър), хаптичното устройство вибрира по специфичен начин, за да предупреди потребителите и да ги информира за проблема.

Мнения на експертите

„Това е първият път, когато комбинираме мека електроника за носене с преходни електронни платформи“, каза Роджърс. „Този ​​подход има потенциала да промени начина, по който пациентите получават грижи, като предоставя мултимодален затворен контрол върху основните физиологични процеси чрез безжична мрежа от сензори и стимулатори, които работят на принципа на сложни биологични вериги за обратна връзка, които контролират поведението на живите организми. .

„За временнa кардиостимулация, системата „отвързва“пациентите от устройствата за наблюдение и пейсинг, които ги държат в болнична среда. Вместо това те могат да се възстановят от комфорта на собствения си дом със спокойствието, което идва от дистанционното наблюдение от техните лекари. Това също така ще намали разходите за медицински грижи и ще освободи болнични легла за други пациенти.“

„При сегашните условия временните пейсмейкъри изискват проводник, с който се свързват с външен генератор, който стимулира сърцето“, каза Ефимов. „Когато сърцето си възвърне способността да се стимулира правилно, жицата трябва да бъде изтеглена. Както можете да си представите, това е доста драматична процедура да издърпате проводника, свързан със сърцето. Решихме да подходим към този проблем от различен ъгъл. Създадохме пейсмейкър, който просто се разтваря и не е необходимо да се сваля. Това избягва опасната стъпка от издърпване на жицата.“

„Създадохме пейсмейкър, който просто се разтваря и не е необходимо да се премахва. Това избягва опасната стъпка от издърпване на жицата.“ – казва Игор Р. Ефимов, професор по биомедицинско инженерство в McCormick и професор по медицина (кардиология) във Feinberg.

„Съществуващите пейсмейкъри са достатъчно умни, за да реагират добре на променящите се нужди на пациентите“, каза Арора. „Но носещите модули правят всичко, което правят традиционните пейсмейкъри и повече. По принцип пациентът носи малък пластир на гърдите си и получава обратна връзка в реално време, за да контролира пейсмейкъра. Не само, че самият пейсмейкър е биорезорбираем, той се контролира от мека, удобна за носене лепенка, която позволява на пейсмейкъра да реагира на нормалните житейски дейности без нужда от имплантирани сензори.

Свързване на „мрежата на тялото“

Пионер в биоелектрониката, Роджърс и неговата лаборатория разработват меки, гъвкави, безжични носими и биорезорбируеми електронни технологии в продължение на почти две десетилетия. В новото проучване Роджърс и неговите сътрудници сдвоиха и координираха своя биорезорбиращ се безоловен пейсмейкър с четири различни устройства за интерфейс на кожата, за да работят заедно. Устройствата, монтирани върху кожата, са меки, гъвкави и могат да бъдат внимателно отстранени след употреба, елиминирайки необходимостта от хирургично отстраняване. Пейсмейкърът естествено се разтваря в тялото след като вече не са необходими на организма.

„Мрежата на тялото“ включва:

• Временен биорезорбиращ пейсмейкър без батерия за временно сърдечно пейсмейкърство
• Сърдечният модул, разположен на гръдния кош, осигурява мощност и контролира параметрите на пейсмейкъра за имплантирания пейсмейкър, а също така усеща електрическа активност и сърдечни звуци.
• Модул за хемодинамика, който се намира на челото и измерва пулсова оксиметрия, оксигенация на тъканите и съдовия тонус.
• Дихателният модул, който се намира в основата на гърлото, контролира кашлицата и дихателната дейност.
• Мулти-тактилен модул за обратна връзка, който вибрира и пулсира в различни режими, за да комуникира с пациента.

„Искахме да демонстрираме, че е възможно да се разположат няколко различни типа устройства, всяко от които изпълнява важни функции чрез безжична координация в цялото тяло“, каза Роджърс. „Някои чувстват. Някои прехвърлят мощност. Някои са стимулиращи. Някои от тях дават контролни сигнали. Но всички те работят заедно, търгувайки с информация, вземайки решения въз основа на алгоритми и реагирайки на променящите се условия. Виждането на множество биоелектронни устройства, които комуникират помежду си и изпълняват различни функции на различни съответни анатомични места, е гранична област, която ще продължим да развиваме в бъдеще.

Нови постижения, темп при поискване

Откакто северозападният преходен пейсмейкър беше представен за първи път преди година, изследователите направиха много подобрения, за да усъвършенстват технологията. Докато предишното устройство беше гъвкаво, новото е гъвкаво и еластично, което му позволява по-добре да се приспособи към променящия се характер на биещото сърце. Друго ново предимство: временният пейсмейкър се разтваря бавно и безвредно, като сега освобождава противовъзпалително лекарство, за да предотврати реакция на чуждо тяло.

Може би най-впечатляващото постижение е способността на устройството да осигурява стимулация при поискване, в зависимост от това кога пациентът има нужда от нея. Модулът за гръдна кардиология, синхронизиран с пейсмейкъра, записва електрокардиограмата в реално време за наблюдение на сърдечната дейност. В хода на изследването изследователите сравняват тази безжична технология със златния стандарт електрокардиограма и установяват, че е толкова точна и точна, колкото системите от клиничен клас.

„Кардио модулът буквално казва на пейсмейкъра да изпрати импулс към сърцето“, обясни Ефимов. „Ако се възстанови нормалната активност, стимулацията спира. Това е важно, защото ако стимулирате сърцето, когато не е необходимо, рискувате да предизвикате аритмия.“

„Системата за кардиостимулация е напълно самостоятелна“, каза Йонг Сик Чой, изследовател в лабораторията на Роджърс и съавтор на статията. „Той може автоматично да открие проблема и да приложи лечение. Той е прост и самостоятелен с минимални външни нужди.“

Роджърс, Ефимов, Арора и техните екипи вярват, че тяхната система би била най-полезна за най-уязвимите пациенти. Всяка година около 40 000 бебета се раждат с отвор в стената, която разделя горните камери на сърцето. Около 10 000 от тези случаи са животозастрашаващи и изискват незабавна операция. След операцията 100% от бебетата получават временен пейсмейкър.

„Добрата новина е, че това е временно състояние“, каза Ефимов. „След около пет до седем дни сърцето възвръща способността си да се стимулира и вече не се нуждае от пейсмейкър. Процедурата за отстраняване на пейсмейкъра се е подобрила значително през последните години, така че процентът на усложнения е нисък. Но бихме могли да освободим тези бебета от проводниците, свързващи ги с външен генератор, и да им спестим необходимостта от повторна процедура.

Петър Димитров

––––––––––––––––––––––––

Източник: Smart Pacemaker Harmlessly Dissolves in the Body After It’s No Longer Needed

Справка: “A transient, closed-loop network of wireless, body-integrated devices for autonomous electrotherapy” by Yeon Sik Choi, Hyoyoung Jeong, Rose T. Yin, Raudel Avila, Anna Pfenniger, Jaeyoung Yoo, Jong Yoon Lee, Andreas Tzavelis, Young Joong Lee, Sheena W. Chen, Helen S. Knight, Seungyeob Kim, Hak-Young Ahn, Grace Wickerson, Abraham Vázquez-Guardado, Elizabeth Higbee-Dempsey, Bender A. Russo, Michael A. Napolitano, Timothy J. Holleran, Leen Abdul Razzak, Alana N. Miniovich, Geumbee Lee, Beth Geist, Brandon Kim, Shuling Han, Jaclyn A. Brennan, Kedar Aras, Sung Soo Kwak, Joohee Kim, Emily Alexandria Waters, Xiangxing Yang, Amy Burrell, Keum San Chun, Claire Liu, Changsheng Wu, Alina Y. Rwei, Alisha N. Spann, Anthony Banks, David Johnson, Zheng Jenny Zhang, Chad R. Haney, Sung Hun Jin, Alan Varteres Sahakian, Yonggang Huang, Gregory D. Trachiotis, Bradley P. Knight, Rishi K. Arora, Igor R. Efimov and John A. Rogers, 27 May 2022, Science.DOI: 10.1126/science.abm1703