Un generator de energie de mici dimensiuni, care utilizează mișcarea inimii pentru a alimenta un stimulator cardiac implantabil, a fost dezvoltat cu scopul de a reduce riscurile și costurile asociate înlocuirii acestui dispozitiv vital atunci când bateria se descarcă, scrie publicația australiană CONNECTSCI.
Prototipul a fost integrat într-un stimulator cardiac comercial și implantat în inima unui porc. Acesta a asigurat cu succes alimentarea necesară stimulării cardiace pentru a crește ritmul cardiac al animalului, pe o perioadă de patru săptămâni, fără a provoca efecte adverse. Studiul care a însoțit experimentul a fost publicat în revista „Science Advances”.
„Această tehnologie este extrem de promițătoare. Una dintre provocările clinice în îngrijirea pacienților cu stimulatoare cardiace este necesitatea procedurilor de înlocuire a generatorului atunci când bateria se descarcă, ceea ce implică o nouă intervenție chirurgicală. Aștept cu nerăbdare o lume în care vom putea implanta un singur dispozitiv care să funcționeze pe tot parcursul vieții pacientului, iar aceasta reprezintă un pas important către realizarea acestui vis.”, susține Daniel Modaff, electrofiziolog cardiac la Universitatea Wisconsin-Madison din SUA și coautor al studiului.
Nevoie tot mai mare de stimulatoare, pe fondul incidenței în creștere a bolilor cardiovasculare
Stimulatoarele cardiace sunt dispozitive medicale implantabile care transmit impulsuri electrice inimii, stimulând-o să bată într-un ritm și cu o frecvență normale.
Se estimează că piața stimulatoarelor cardiace va ajunge la o valoare de 10,1 miliarde dolari americani până în anul 2035, pe fondul incidenței tot mai mari a bolilor cardiovasculare și al îmbătrânirii populației.
Stimulatoarele cardiace transvenoase tradiționale necesitau implantarea în zona pieptului a unui dispozitiv mic, alimentat de o baterie, și conectarea acestuia la inimă prin intermediul unor electrozi introduși prin vene.
Totuși, această abordare a implicat complicații majore.
Stimulatoarele cardiace intracardiace fără sonde (leadless) au fost aprobate pentru prima dată de Administrația pentru Alimente și Medicamente (FDA) din SUA în 2016.
Dispozitivul de mici dimensiuni este ghidat prin intermediul unui cateter, prin vena femurală, până la inimă, unde este implantat în interiorul ventriculului drept. Acesta permite o recuperare mai rapidă și generează mai puține complicații comparativ cu modelele tradiționale, nefiind necesară implantarea unui dispozitiv în zona pieptului pacientului.
Cu toate acestea, bateria are o durată de viață de doar 7–10 ani, iar stimulatorul epuizat este adesea lăsat pe loc atunci când se introduce unul nou. Acest aspect este deosebit de problematic pentru pacienții tineri, care ar putea avea nevoie de mai multe înlocuiri pe parcursul vieții.
O nouă șansă pentru bolnavii de inimă
Noua cercetare prezintă o soluție pe termen mai lung sub forma unor „structuri triboelectrice oscilante”, care ar putea fi integrate în carcasa din titan a celor mai răspândite stimulatoare cardiace intracardiace fără sonde – modelul Medtronic Micra.
Oscilatoarele sunt alcătuite din perechi de plăci-electrod conectate între ele, având un strat de cupru încărcat pozitiv pe o parte și un strat de film din etilen-propilenă fluorurată, încărcat negativ, pe cealaltă parte.
Oscilatoarele sunt concepute să se comprime în timpul bătăilor inimii, aducând în contact cele două plăci cu sarcini opuse. Atunci când acestea se separă, micile mișcări generează o sarcină electrică ce fie alimentează stimulatorul, fie este stocată într-un mic condensator integrat.
În condiții de laborator, nanogeneratorul poate produce o densitate de putere volumetrică de 276,6 microwați pe centimetru cub.
„În cazul unui astfel de dispozitiv, nu este vorba doar despre producerea de energie. Densitatea de putere este aspectul cel mai important. Trebuie să obții suficientă putere într-un volum suficient de mic. Cu tehnologia noastră, am atins o densitate a puterii de ieșire cu un ordin de mărime mai mare decât cea a nanogeneratoarelor anterioare.”, subliniază autorul principal Xudong Wang, profesor de știința și ingineria materialelor la Universitatea Wisconsin-Madison din SUA.
Potrivit lui Wang, oscilatorul este relativ ieftin de produs și suficient de robust din punct de vedere mecanic pentru a rezista, teoretic, pe toată durata de viață a stimulatorului cardiac.
Mai durează până când noua tehnologie intră pe piață
Totuși, comercializarea și implementarea clinică a acestei tehnologii sunt, probabil, la câțiva ani distanță.
Țesutul cardiac este moale, fapt ce atenuează mișcarea mecanică a oscilatorului. De asemenea, mișcarea naturală a organului este mai degrabă una de torsiune, spre deosebire de mișcarea rectilinie (pe verticală) care permite oscilatorului să genereze o amplitudine maximă în condiții de laborator.
Cercetările viitoare vor continua să optimizeze generarea de energie în interiorul inimii.
„Dorim să găsim o modalitate eficientă de a transforma mișcarea mai neregulată a inimii în această oscilație mecanică. Acest demers ne va aduce mai aproape de obiectivul nostru: demonstrarea capacității de a genera energie suficientă și stabilă cu ajutorul inimilor, „in vivo””, precizează Wang.
„Ceea ce mă entuziasmează cel mai mult la această tehnologie nu este doar capacitatea sa de a alimenta un stimulator cardiac, ci modul în care ar putea deschide calea pentru următoarea generație de dispozitive cardiace implantabile. Din perspectivă translațională, o sursă de energie fiabilă și autonomă oferă dezvoltatorilor de dispozitive o libertate mai mare de a proiecta implanturi de dimensiuni reduse, dotate cu funcții avansate de diagnostic și terapie. Pe măsură ce avansăm către o îngrijire cardiacă mai inteligentă și mai personalizată, tehnologiile capabile să capteze energie direct din corpul uman ar putea juca un rol esențial în transferul acestor inovații din laborator către pacient.”, completează Eric Schmuck, coautor și expert în cardiologie la animale de talie mare în cadrul Centrului UW–Madison pentru Cercetare și Inovare Biomedicală pe Porcine.
