Studien viser for første gang en innovativ selvdrevet pacemaker testet med suksess på griser
Vår hjerte holder et tempo gjennom sin indre pacemaker kalt sinoatrial node (SA node), også kalt sinus node plassert i øvre høyre kammer. Denne interne pacemakeren frigjør elektrisk ladning 60-100 ganger i løpet av et minutt, og denne energien utfører sammentrekninger i hjertemusklene som lar hjertet pumpe blod gjennom hele kroppen. Når vi eldes eller får en sykdom, blir dette internt pacemaker ikke klarer å holde hjertet slå skikkelig. Uregelmessig hjerterytme er også forårsaket av en tilstand som kalles arytmi som bremser ens hjertes normale frekvens. For å erstatte dette tapet, et tradisjonelt hjerte pacemaker – en batteridrevet elektronisk enhet – kan implanteres kirurgisk inne i en pasient for å regulere hjerterytmen og holde hjertet slå jevnt.
En tradisjonell pacemaker
Enheten består av en batteridrevet pulsgenerator som er implantert under huden nær kragebeinet. Den har også isolerte ledninger som kobler enheten til hjertet. Den elektroniske kretsen genererer elektriske signaler som leveres til hjertet via elektroder. Pacemakeren er en livreddende enhet; Imidlertid er en betydelig begrensning ved gjeldende pacemaker at de må skiftes ut når som helst mellom 5 og 12 år etter første gang de er montert på grunn av batteriets begrensede levetid. Implantasjonen kan bare gjøres via en invasiv kirurgi ved bruk av lokalbedøvelse, som i seg selv er utfordrende ettersom pasientens brysthule må åpnes. Kirurgi er ikke bare dyrt, men det øker også pasientens risiko for komplikasjoner, infeksjoner eller til og med blødninger. En annen type liten pacemaker er designet som kan implanteres via et kateter for å unngå kirurgi, men den er fortsatt under testing.
Forskere har fokusert på å bygge pacemakere som alternativt kan bruke naturlig energi fra en persons eget hjerteslag i stedet for batteri. Teoretisk sett trenger ikke en slik pacemaker å byttes ut når den først er implantert inne i en pasient. Plutonium-drevne pacemakere har blitt produsert mange tiår tidligere. Eksperimentell design av nye pacemakere har møtt flere begrensninger så langt - som stiv designstruktur som begrenser kraften og komplikasjonene med miniatyrisering.
En innovativ batteriløs pacemaker med et unikt design
I en ny studie publisert i ACS Nano forskere fra National Key Laboratory for Science and Technology, Shanghai, Kina satte seg fore å designe en liten roman pacemaker enhet som kan drives av energi fra ens egen hjerteslag, og de testet denne enheten med hell på griser. Den nye enheten kan gjemmes under hjertet i stedet for nær kragebeinet som med konvensjonelle pacemakere. Pacemakeren er basert på et ideelt symbiotisk forhold mellom ens hjerte og enheten.
Utformingen av denne nye pacemakeren ble initiert ved først å lage en liten fleksibel plastramme. Denne rammen ble bundet med piezoelektriske lag som ved bøying genererer energi. Denne delen, kalt energi 'harvester', ble plassert på en brikke. Enheten ble implantert i griser og det ble observert at dyrenes egen hjerterytme kunne endre (bøye) formen på rammen og dermed generere nok energi (kraft) tilsvarende en batteridrevet pacemaker. Enhetens fleksible plastramme gjør at den fanger mer energi fra hjertet sammenlignet med tradisjonelle pacemakere som har harde etuier.
Siden mennesker har en fysiologi som er veldig lik griser, er dette pacemaker kan fungere bra på mennesker også. Forskere påpeker noen tekniske problemer som må løses, for eksempel består enheten av tre separate teknologier – energihøster, pacemaker brikke og ledninger – som må integreres i én enhet. Ytterligere testing på dyr og deretter på mennesker kan bekrefte enhetens langsiktige stabilitet. Hvis en slik enhet lykkes, vil det kreve invasiv kirurgi bare én gang, noe som reduserer pasientens risiko for komplikasjoner. En stor begrensning ved denne nye enheten kan være at leger kanskje ikke kan fjernovervåke pasienter som i tilfellet med batteridrevne pacemakere.
***
{Du kan lese den originale forskningsoppgaven ved å klikke på DOI-lenken nedenfor i listen over siterte kilder}
Source (s)
Ning L et al. 2019. Direkte drift av en ekte hjertepacemaker med Natural Energy of a Heartbeat. ACS Nano. https://doi.org/10.1021/acsnano.8b08567
