Размером с рисовое зернышко, но являясь результатом медицинской революции. Кардиостимулятор, только что разработанный командой из Северо-Западного университета бросает вызов всем предыдущим концепциям кардиоустройства. Он крошечный, растворимый, имплантируется с помощью простого шприца и (что немаловажно) может предотвратить трагедии, подобные той, что постигла первого человека на Луне.
Подумайте о новорожденных, которые появляются на свет каждый год с проблемами сердца: для спасения их жизней потребуется лишь временная поддержка. А теперь представьте, что вы можете избежать инвазивной операции, заменив ее простой инъекцией устройства, которое выполнит свою работу, а затем исчезнет естественным путем. Это событие просто вошло бы в историю.
Когда строчные буквы означают революционные
Каждый год, примерно 1% новорожденных приходит в этот мир с сердцем, которое пытается найти свой собственный ритм. Процент, который кажется небольшим, пока мы не превратим его в лица, в истории, в семьи, ожидающие с замиранием сердца. Большинству этих малышей требуется лишь временная поддержка, всего семь дней, время, необходимое сердцу, чтобы научиться правильно биться самостоятельно.
К сожалению, в регионах мира, где доступ к передовой медицинской помощи — мираж, то, что должно быть простой процедурой, часто становится наказанием. Традиционные кардиостимуляторы требуют, чтобы хирурги «пришивали» электроды непосредственно к сердцу, а затем подключали их к внешнему устройству с помощью проводов, выходящих из груди пациента.
Кошмар возможных осложнений: инфекции, повреждение тканей, тромбы. А иногда нити застревают в рубцовой ткани, что еще больше усложняет ситуацию.
Именно эта процедура привела к гибели астронавта. Нил Армстронг. «У него был временный кардиостимулятор после операции аортокоронарного шунтирования. Когда провода были удалены, у него началось внутреннее кровотечение», — объясняет она. Игорь Ефимов, экспериментальный кардиолог и соруководитель исследования опубликовано в Nature, в заявлении, которое заставило меня задуматься о хрупкости жизни, даже для тех, кто ходил по Луне.
Пейсмекер, эволюция поворотного момента
В 2021, команда из Северо-Западного университета, частью которой он был Ефимов, уже представила временный биоразлагаемый кардиостимулятор размером с монету, без громоздких батарей, жестких компонентов и проводов. Устройство было основано на протоколах связи, аналогичных тем, которые используются в тегах. RFID и в смартфонах для совершения электронных платежей.
Однако для этого требовалось, чтобы кардиостимулятор имел встроенную антенну для передачи радиочастотных команд. «Наш оригинальный кардиостимулятор работал хорошо. Он был тонким, гибким и полностью рассасывающимся. Но размер его приемной антенны ограничивал наши возможности по его миниатюризации», — объяснил его соавтор и пионер биоэлектроники. Джон Роджерс.
Роджерс, Ефимов и их коллеги провели следующие несколько лет, исследуя способы еще большего уменьшения размера временного кардиостимулятора. В конце концов они поняли, что могут заменить радиоантенну конструкцией, ориентированной на передачу данных с помощью света. И все изменилось.
Вспышка света
Новое устройство заменило оригинальный источник питания на гальванический элемент — тип батареи, преобразующий химическую энергию в электрическую. Кардиостимулятор работает на основе двух металлических электродов, которые генерируют электрический ток после взаимодействия с окружающими биожидкостями.
«Инфракрасный свет очень хорошо проникает в тело», — сказал он. Ефимов. «Если вы поднесете фонарик к ладони, вы увидите свет с другой стороны. Оказывается, наши тела — отличные проводники света».
Меня поражает, насколько поэтична эта синергия между технологией и биологией: сердце, направляемое светом, биение, регулируемое невидимыми лучами, которые проходят сквозь кожу, кости и мышцы, как будто они стеклянные.
Микроскопический кардиостимулятор: большой эффект в крошечном размере
Конечный результат — устройство Толщина 1 мм, ширина всего 1,8 мм и длина 3,5 мм, способный обеспечить такую же электрическую стимуляцию, как и стандартный кардиостимулятор. «Мы разработали, как нам известно, самый маленький кардиостимулятор в мире», — сказал Роджерс с гордостью, сквозящей в его словах.
Поскольку материалы, из которых изготовлен кардиостимулятор, со временем безопасно растворяются, для его удаления не требуется инвазивная операция. Это значительно снижает вероятность послеоперационных осложнений и травм.
Будущее? Это «полифония»
Но зачем останавливаться только на одном маленьком кардиостимуляторе? Ефимов, Роджерс и их коллеги полагают, что дальнейшие достижения могут позволить реализовать больше устройств во всем сердце. После имплантации дизайнеры могли бы координировать их движение независимо или вместе на основе определенных длин волн света, создавая своего рода идеально синхронизированный сердечный оркестр.
Размер устройства также позволяет интегрировать его в другие имплантируемые устройства, такие как транскатетерные устройства для замены аортального клапана, ингибиторы боли, методы восстановления нервов и костей. Однако все эти будущие возможности восходят к первоначальной цели команды.
«Нашей главной мотивацией были дети», — сказал Ефимов. «Теперь мы можем поместить этот крошечный кардиостимулятор на сердце ребенка и стимулировать его с помощью мягкого, бережного носимого устройства».
Когда я думаю об этом крошечном устройстве, «плавающем» в груди новорожденного, мягко регулирующем его еще неуверенное сердцебиение, я ощущаю нечто большее, чем просто технологическое чудо. Как шёпот, направляющий песню сердца.
