Самый маленький из когда-либо созданных кардиостимуляторов имеет размер с рисовое зерно - New-Science.ru
03 апреля 2025, 00:00
Исследователи разработали самый маленький беспроводной кардиостимулятор из когда-либо созданных. Размером с рисовое зерно, это устройство может быть введено непосредственно в сердце с помощью малоинвазивной процедуры и управляться дистанционно с помощью инфракрасного света от гибкого устройства, размещенного на груди. Изготовленный из полностью биосовместимых материалов, он естественным образом растворяется в организме после критического послеоперационного периода, предотвращая любые вторичные осложнения. Эта технология может стать важным шагом вперед в кардиологии и открыть новые перспективы в других медицинских областях.
Миллионы пациентов по всему миру используют постоянные кардиостимуляторы для регулирования сердечного ритма. Другим временно устанавливают такие устройства в послеоперационный период — в ожидании постоянного импланта или для стабилизации ритма после операции. Стандартная процедура предполагает хирургическое крепление электродов к миокарду, соединенных проводами, которые проходят через грудную стенку к блоку стимуляции, генерирующему необходимые электрические импульсы.
Однако удаление временного кардиостимулятора, когда он становится ненужным, требует повторного хирургического вмешательства. Это небезопасно: возможны инфекции, разрывы тканей, кровотечения или образование тромбов, особенно если провода успели покрыться рубцовой тканью во время восстановления, что усложняет их извлечение.
Чтобы решить эту проблему, команда исследователей из Северо-Западного университета еще в 2021 году разработала рассасывающийся беспроводной кардиостимулятор. Легкий, гибкий, не требующий батареи, он безопасно растворялся в теле после критического послеоперационного периода. Длительность его работы можно было точно регулировать, изменяя состав и толщину компонентов.
Однако у первой модели был серьезный недостаток: ее размер не подходил для самых маленьких пациентов. В новом исследовании, опубликованном в журнале
Nature, ученым удалось значительно уменьшить устройство, сделав его совместимым с пациентами любого возраста.
"
Насколько нам известно, мы создали самый маленький кардиостимулятор в мире", — заявил Джон А. Роджерс, пионер биоэлектроники из Северо-Западного университета, руководивший проектом. "
Временные кардиостимуляторы крайне необходимы в детской хирургии. И в таких случаях чем меньше устройство, тем лучше".
Устройство, подходящее для сердец новорожденных
Новый стимулятор имеет ширину всего 1,8 мм, длину 3,5 мм и толщину 1 мм — он помещается на кончике шприца. Это позволяет вводить его прямо в сердце через минимальный прокол. Хотя он подходит для всех пациентов, его главное предназначение — помощь младенцам с врожденными пороками сердца.
Около 1% новорожденных в мире сталкиваются с такими патологиями. Хорошая новость в том, что после операции этим детям требуется лишь временная поддержка. Их сердца, которые еще развиваются, могут восстановить самостоятельную работу всего за семь дней. Однако этот короткий послеоперационный период критически важен, и любые нарушения ритма способны привести к необратимым последствиям.
"
Наша главная мотивация — это дети", — говорит Игорь Ефимов, кардиолог из Северо-Западного университета и соавтор исследования. "
Теперь мы можем разместить этот крошечный стимулятор на сердце младенца и управлять им с помощью носимого гибкого устройства. Никакого хирургического извлечения не потребуется".
Стимуляция, управляемая световыми импульсами
Устройство работает в паре с небольшим внешним модулем — гибким, легким и беспроводным, который крепится на груди пациента. Этот модуль управляет стимулятором с помощью инфракрасных световых импульсов. Предыдущая модель, основанная на радиопередаче, требовала более громоздкого внешнего ретранслятора. Использование света позволило еще больше уменьшить размер системы.
Когда модуль обнаруживает нарушение сердечного ритма, он испускает световой импульс, который проходит через кожу, грудину и мышцы. Этот импульс, синхронизированный с нормальным сердечным ритмом, активирует стимулятор, и тот генерирует необходимый электрический импульс. После выполнения своей задачи устройство естественным образом рассасывается.
Для дальнейшей миниатюризации исследователи выбрали гальванический источник питания — тип батареи, преобразующей химическую энергию в электрическую. Стимулятор использует два разных металла в качестве электродов. После имплантации биологические жидкости выполняют роль электролита, позволяя металлам вырабатывать ток.
"
В организме биожидкости служат проводящим электролитом, электрически соединяя две металлические пластины и образуя батарею", — поясняет Джон А. Роджерс.
Универсальность для различных применений
Крайне малый размер устройства позволяет имплантировать его в нескольких точках сердца при необходимости. Использование сложных световых волн также дает возможность регулировать уровень контроля. Такая гибкость может быть особенно ценной при лечении аритмий или других нарушений ритма, требующих дифференцированной стимуляции.
Кроме того, эту технологию можно интегрировать в другие импланты, например, в клапанные протезы, а также применять за пределами кардиологии — например, в биоэлектронной стимуляции регенерации костной ткани. Пока ее эффективность подтверждена на животных моделях (мышах, крысах, свиньях, собаках) и изолированных человеческих органах. Команда надеется начать клинические испытания в течение двух-трех лет.
Читайте все последние новости здоровья и медицины на New-Science.ru