Studie visar för första gången en innovativ självdriven pacemaker som testats framgångsrikt på grisar
Vår hjärta håller ett tempo genom sitt inre pacemaker kallas sinoatrial nod (SA-nod), även kallad sinusnod som ligger i den övre högra kammaren. Denna interna pacemaker släpper ut elektrisk laddning 60-100 gånger på en minut och denna energi utför sammandragningar i hjärtmusklerna som gör att vårt hjärta pumpar blod genom hela kroppen. När vi åldras eller får en sjukdom, detta internt pacemaker inte kan hålla hjärtat slå ordentligt. Oregelbundna hjärtslag orsakas också av ett tillstånd som kallas arytmi som saktar ner ens hjärtas normala takt. För att ersätta denna förlust, ett traditionellt hjärta pacemaker – en batteridriven elektronisk enhet – kan implanteras kirurgiskt inuti en patient för att reglera hjärtslag och hålla hjärtat slå stadigt.
En traditionell pacemaker
Enheten består av en batteridriven pulsgenerator som implanteras under huden nära nyckelbenet. Den har också isolerade ledningar som ansluter enheten till hjärtat. Den elektroniska kretsen genererar elektriska signaler som levereras till hjärtat via elektroder. Pacemakern är en livräddande enhet; Men en betydande begränsning för nuvarande pacemaker är att de måste bytas ut när som helst mellan 5 och 12 år efter att de är monterade på grund av batteriets begränsade livslängd. Implantationen kan endast göras via en invasiv operation med lokalbedövning, vilket i sig är utmanande eftersom en patients brösthåla måste öppnas. Kirurgi är inte bara dyrt utan det ökar också patientens risk för komplikationer, infektioner eller till och med blödningar. En annan typ av liten pacemaker har designats som kan implanteras via en kateter för att undvika operation, men den testas fortfarande.
Forskare har fokuserat på att bygga pacemakers som alternativt skulle kunna använda naturlig energi från en persons eget hjärtslag istället för batteri. Teoretiskt sett skulle en sådan pacemaker inte behöva bytas ut när den väl har implanterats inuti en patient. Plutoniumdrivna pacemakers har tillverkats många decennier tidigare. Experimentell design av nya pacemakers har mött flera begränsningar hittills – som en stel designstruktur som begränsar dess kraft och komplikationer med miniatyrisering.
En innovativ batterilös pacemaker med unik design
I en ny studie publicerad i ACS Nano forskare från National Key Laboratory for Science and Technology, Shanghai, Kina gav sig i kast med att designa en liten roman pacemaker enhet som kan drivas från energi från ens eget hjärtslag och de testade framgångsrikt denna enhet på grisar. Den nya enheten kan stoppas in under hjärtat snarare än nära nyckelbenet som med konventionella pacemakers. Pacemakern är baserad på en idealisk symbiotisk relation mellan ens hjärta och enheten.
Designen av denna nya pacemaker initierades genom att först tillverka en liten flexibel plastram. Denna ram var sammanfogad med piezoelektriska skikt som vid böjning genererar energi. Denna del, som kallas energi 'skördare', placerades på ett chip. Enheten implanterades i grisar och det observerades att djurens eget hjärtslag kunde ändra (böja) formen på ramen och därigenom generera tillräckligt med energi (kraft) motsvarande en batteridriven pacemaker. Enhetens flexibla plastram gör att den kan fånga mer energi från hjärtat jämfört med traditionella pacemakers som har hårda fodral.
Eftersom människor har en fysiologi mycket lik grisar, detta pacemaker kan fungera bra på människor också. Forskare pekar på några tekniska problem som kommer att behöva åtgärdas, till exempel består enheten av tre separata teknologier – energiskördare, pacemaker chip och ledningar – som måste integreras i en enhet. Ytterligare tester på djur och sedan på människor kan bekräfta enhetens långsiktiga stabilitet. Om en sådan anordning är framgångsrik kommer den att kräva invasiv kirurgi endast en gång, vilket minskar patientens risk för komplikationer. En stor begränsning av denna nya enhet kan vara att läkare kanske inte kan fjärrövervaka patienter som i fallet med batteridrivna pacemakers.
***
{Du kan läsa den ursprungliga forskningsartikeln genom att klicka på DOI-länken nedan i listan över citerade källor}
Källa (er)
Ning L et al. 2019. Direktdrift av en riktig hjärtpacemaker med Natural Energy of a Heartbeat. ACS Nano. https://doi.org/10.1021/acsnano.8b08567
