Os cientistas acabaram de revelar o menor marcapasso do mundo. Menores que um grão de arroz e controlados pela luz brilhavam através da pele, o marcapasso gera energia e aperta os músculos do coração após a injeção através de uma passagem.
O dispositivo mostrou que poderia orquestrar constantemente ritmos cardíacos saudáveis em corações de rato, cão e humano em um Estudo recém -publicado. Também é biocompatível e eventualmente quebrado pelo corpo após uso temporário. Mais de 23 vezes menor que os marcapassos anteriores bioabsorvíveis, o dispositivo abre a porta para implantes minimamente invasivos que monitoram a saúde do coração sem fio após uma extensa cirurgia ou outros problemas cardíacos.
“Os tamanhos extremamente pequenos desses dispositivos permitem implantação minimamente invasiva”, liderados pelos autores, liderados por John Rogers na Northwestern College, escreveu. Emparelhado com um controlador sem fio na superfície da pele, o sistema detectou automaticamente os batimentos cardíacos irregulares e os zaps elétricos direcionados para diferentes regiões do coração.
O dispositivo pode beneficiar especialmente os bebês que precisam de {hardware} menor para monitorar seus corações. Embora especificamente projetado para o coração, uma configuração semelhante pode ser adaptada para gerenciar a dor, curar feridas ou potencialmente regenerar nervos e ossos.
Coração quebrado
O coração é uma maravilha da biomecânica.
Ao longo da vida de uma pessoa, suas quatro câmaras bombeam sangue de maneira confiável, rica em oxigênio e nutrientes através do corpo. Algumas câmaras limpam sangue de dióxido de carbono – um produto residual do metabolismo celular – e o infundem com oxigênio dos pulmões. Outros empurram o sangue rico em nutrientes de volta ao resto do corpo.
Mas, como peças em uma máquina, os músculos do coração acabam se desgastando com idade ou trauma. Ao contrário das células da pele, o coração não pode se regenerar facilmente. Com o tempo, seus músculos ficam rígidos e, após uma lesão – digamos, um ataque cardíaco– O tecido do escar substitui as células funcionais.
Isso é um problema quando se trata de manter o coração bombeando em um ritmo constante.
Cada câmara se contrai e libera em uma intrincada dança biológica orquestrada por um fluxo elétrico. Quaisquer falhas nesses sinais podem fazer com que os músculos cardíacos apertem caoticamente, rápido ou completamente fora da batida. Problemas mortais, como fibrilação atrial, podem resultar. Pior ainda, o sangue pode se acumular dentro de câmaras individuais e aumentar o risco de coágulos sanguíneos. Se estes são desalojados, eles poderiam viajar para o cérebro e desencadear um derrame.
Os riscos são especialmente altos após a cirurgia cardíaca. Para diminuir as probabilities de complicações, os cirurgiões geralmente implantam marcapassos temporários por dias ou semanas à medida que o órgão se recupera.
Esses dispositivos geralmente são compostos de dois componentes.
O primeiro deles é um sistema que detecta e gera zaps elétricos. Geralmente, requer uma fonte de alimentação e unidades de controle para ajustar a estimulação. A outra parte “é o autor do remaining dos negócios”, autor John Rogers contado Natureza. Esta parte fornece pulsos elétricos aos músculos do coração, instruindo -os a contrair ou relaxar.
A configuração é um pesadelo de fiação, com fios para detectar ritmo cardíaco enfiando a pele. “Você tem fios projetados para monitorar a função cardíaca, mas se torna uma coleção um tanto desajeitada de {hardware} que é complicado para o paciente”, disse Rogers.
Esses marcapassos temporários são “tecnologias essenciais para salvar vidas”, escreveu a equipe. Mas a maioria dos dispositivos precisa de cirurgia de coração aberto para implantar e remover, o que aumenta o risco de infecção e danos adicionais a um órgão já frágil. O procedimento é especialmente difícil para bebês ou pacientes mais jovens, porque são muito pequenos e crescem mais rápido.
Os cirurgiões cardíacos inspiraram o projeto com a visão de um “marcapasso temporário totalmente implantável e sem fio controlado, que apenas derreteria dentro do corpo depois que não é mais necessário”, disse Rogers.
Uma batida constante
Um marcapasso ultimate deve ser pequeno, biocompatível e facilmente controlável. Fácil entrega e multiplexação – ou seja, ter várias unidades para controlar o batimento cardíaco – são um bônus.
O novo dispositivo entrega.
É feito de materials biocompatível que acabou sendo quebrado e dissipado pelo corpo sem a necessidade de remoção cirúrgica. Possui dois pequenos pedaços de steel um pouco semelhantes aos terminais de uma bateria. Normalmente, o implante não conduz eletricidade. Mas uma vez implantados, os fluidos naturais das células cardíacas formam uma “ponte” líquida que completa o circuito elétrico quando ativada, transformando o dispositivo em uma bateria auto-alimentada e um gerador para estimular os músculos cardíacos. Um módulo Bluetooth conecta o implante com um adesivo suave “receptor” na pele para capturar sinais elétricos sem fio do coração para análise.
Controlar o ritmo do coração levou mais engenharia. Cada câmara do coração precisa bombear em uma sequência coordenada para o sangue fluir adequadamente. Aqui, a equipe usou um interruptor de luz infravermelha para ligar e desligar o implante. Esse comprimento de onda da luz pode penetrar na pele, músculo e osso, tornando -a uma maneira poderosa de controlar com precisão os órgãos ou ferramentas que operam em sinais elétricos.
Embora repleta de {hardware}, o implante remaining é aproximadamente do tamanho de uma semente de gergelim. É “mais de 23 vezes menor do que qualquer alternativa biorresorbável”, escreveu a equipe.
As luzes LED infravermelhas piscantes colocadas na pele acima do marcapasso acendem o dispositivo. Diferentes frequências infravermelhas acompanham os batimentos cardíacos.
A equipe testou primeiro o dispositivo em porco isolado e doou corações humanos. Depois de ter sido implantado pela injeção através de uma passagem, o dispositivo trabalhou de maneira confiável em várias câmaras cardíacas, fornecendo a mesma quantidade de estimulação que um marcapasso padrão.
Eles também testaram o dispositivo em cães de cães, cujos corações são semelhantes em forma, tamanho e funcionamento elétrico ao nosso. Um pequeno corte foi suficiente para implantar e posicionar vários marcapassos em diferentes locais no coração, onde poderiam ser controlados individualmente. A equipe usou luz para ajustar a freqüência cardíaca e o ritmo, mudando a contração de duas câmaras cardíacas para bombear e liberar sangue em uma batida pure.
“Como os dispositivos são tão pequenos, você pode acompanhar o coração de maneiras muito sofisticadas que dependem não apenas de um único marcapasso, mas de uma multiplicidade deles”, disse Rogers. “(Isso) oferece um controle maior sobre o ciclo cardíaco do que seria possível com um único marcapasso”.
Golpes de dispositivo
A equipe prevê que o dispositivo acabado seja relativamente pronto para uso. Juntos, um sensor monitora ritmos cardíacos problemáticos da superfície da pele, restaura a atividade regular com pulsos de luz e inclui uma interface para visualizar o processo para os usuários. Os materiais são seguros para o corpo humano – alguns são recomendados como parte de uma dieta diária ou adicionados a suplementos vitamínicos – e componentes se dissolvem amplamente após 9 a 12 meses.
Os dispositivos não são projetados especificamente para o coração. Eles também podem estimular a regeneração nervosa e óssea, curar feridas ou gerenciar a dor através da estimulação elétrica. “Você pode polvilhar -os … fazer uma dúzia dessas coisas … cada uma controlada por um comprimento de onda diferente (de luz)”. disse Rogers.