Βηματοδότης χωρίς μπαταρίες που λειτουργεί με … φως

Η κολπική μαρμαρυγή – ένα είδος σοβαρής αρρυθμίας της καρδιάς – εκτιμάται ότι «πλήττει» περί τα 60 εκατομμύρια άτομα παγκοσμίως. Σε ασθενείς με χρόνιες καρδιοπάθειες όπως η κολπική μαρμαρυγή και άλλα είδη αρρυθμιών τοποθετούνται συχνά βηματοδότες, συσκευές που ρυθμίζουν τους καρδιακούς παλμούς. Ωστόσο η τοποθέτηση των σωτήριων βηματοδοτών είναι μια παρεμβατική διαδικασία ενώ η βηματοδότηση που προσφέρουν αυτές οι συσκευές μπορεί να είναι επώδυνη – κάποιες φορές ακόμη και πολύ επώδυνη.

Ανώδυνη βηματοδότηση της καρδιάς

Τώρα μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Science Advances» από ερευνητές του Πανεπιστημίου της Αριζόνα με επικεφαλής τον επίκουρο καθηγητή Βιοϊατρικής Μηχανικής Φίλιπ Γκούτρουφ προσφέρει ελπίδα σε εκατομμύρια ασθενείς παγκοσμίως για πολύ πιο ανώδυνη βηματοδότηση της καρδιάς.

Τα μειονεκτήματα των σημερινών βηματοδοτών

Οι υπάρχοντες βηματοδότες λειτουργούν μέσω της εμφύτευσης ενός ή δύο καλωδίων-ηλεκτροδίων στην καρδιά. Αν οι αισθητήρες που φέρουν τα ηλεκτρόδια ανιχνεύσουν μια επικίνδυνη ανωμαλία του καρδιακού ρυθμού, προκαλούν ένα «ηλεκτροσόκ» στην καρδιά για να επαναφέρουν τον καρδιακό παλμό στο φυσιολογικό. «Ωστόσο, μέσω αυτής της διαδικασίας, το ηλεκτρικό ρεύμα χτυπά όλα τα κύτταρα μέσα στην καρδιά ταυτοχρόνως, συμπεριλαμβανομένων των υποδοχέων του πόνου και αυτό καθιστά επώδυνη τη βηματοδότηση. Η βηματοδότηση επηρεάζει ολόκληρο τον καρδιακό μυ» εξήγησε ο δρ Γκούτρουφ.

Σε αυτήν την καλλιτεχνική απεικόνιση φαίνεται πώς ο νέος βηματοδότης κλείνει μέσα του την καρδιά σαν «φάκελος». Ο ασύρματος βηματοδότης που δεν χρειάζεται μπαταρία θα τοποθετείται μέσω μιας λιγότερο επεμβατικής διαδικασίας σε σύγκριση με τους υπάρχοντες και θα προκαλεί πολύ λιγότερο πόνο στους ασθενείς (Philipp Gutruff)

Η συσκευή που ανέπτυξε ο καθηγητής Γκούτρουφ και οι συνεργάτες του και η οποία έχει μέχρι στιγμής δοκιμαστεί μόνο σε μοντέλα ζώων στέλνει πολύ πιο στοχευμένα ηλεκτρικά σήματα στον καρδιακό μυ χάρη σε ένα νέο, σχεδιασμένο ψηφιακά, δίχτυ το οποίο περικλείει ολόκληρη την καρδιά. Η συσκευή αυτή λειτουργεί με φως μέσω μιας τεχνικής που ονομάζεται οπτογενετική (optogenetics).

Στόχευση ακριβείας με διττό όφελος

H οπτογενετική χρησιμοποιεί το φως για να επηρεάσει τη συμπεριφορά φωτοευαίσθητων κυττάρων – συνήθως των νευρώνων. Στην περίπτωση της καρδιάς στοχεύει μόνο τα καρδιομυοκύτταρα, τα κύτταρα του καρδιακού μυός που προκαλούν τις συσπάσεις της καρδιάς. Αυτή η στόχευση ακριβείας έχει διττό όφελος: μειώνει τον πόνο για τους ασθενείς με βηματοδότη καθώς παρακάμπτονται οι υποδοχείς πόνου της καρδιάς και συγχρόνως επιτρέπει στη συσκευή να αποκρίνεται πιο αποτελεσματικά σε διαφορετικά είδη ανωμαλιών του καρδιακού ρυθμού.

Ευκολότερη ζωή χωρίς πόνο για πολλούς ασθενείς

Για παράδειγμα, στη κολπική μαρμαρυγή, οι ανώτεροι και οι κατώτεροι θάλαμοι της καρδιάς πάλλονται ασυγχρόνιστα και στόχος του βηματοδότη είναι να επαναφέρει τον συγχρονισμό τους. «Σήμερα χρειάζεται να υποβάλουμε σε σοκ ολόκληρη την καρδιά για να το καταφέρουμε. Ωστόσο η νέα συσκευή έχει πολύ πιο ακριβή στόχευση, καθιστώντας τη βηματοδότηση πιο αποτελεσματική και λιγότερο επώδυνη» σημείωσε ο Ιγκόρ Εφίμοφ, καθηγητής Βιοϊατρικής Μηχανικής και Ιατρικής στο Πανεπιστήμιο Northwestern όπου ο νέος… φωτεινός βηματοδότησης δοκιμάστηκε στο εργαστήριο και προσέθεσε: «Αυτή η τεχνολογία μπορεί να κάνει ευκολότερη τη ζωή πολλών ασθενών σε ολόκληρο τον κόσμο, βοηθώντας παράλληλα τους επιστήμονες και τους γιατρούς να κατανοήσουν καλύτερα το πώς να παρακολουθούν και να θεραπεύουν την κολπική μαρμαρυγή».

Η συσκευή χρησιμοποιεί φως και μια τεχνική που ονομάζεται οπτογενετική προκειμένου να αλλάξει τη συμπεριφορά φωτοευαίσθητων κυττάρων (Philipp Gutruff)

Προκειμένου να εξασφαλίσει ότι το φως θα φθάσει σε πολλές και διαφορετικές περιοχές της καρδιάς η ερευνητική ομάδα σχεδίασε μια συσκευή που περιλαμβάνει ένα δίχτυ το οποίο περιβάλλει την καρδιά αντί να εμφυτεύσει ηλεκτρόδια σε συγκεκριμένα σημεία του οργάνου. Συγκεκριμένα ο νέου τύπου βηματοδότης αποτελείται από τέσσερις δομές με σχήμα πετάλου που είναι φτιαγμένες από λεπτό, εύκαμπτο φιλμ το οποίο περιέχει πηγές φωτός καθώς και ένα ηλεκτρόδιο- καταγραφέα. Τα πέταλα, ειδικά σχεδιασμένα ώστε να μιμούνται τον τρόπο με τον οποίον η καρδιά αλλάζει σχήμα καθώς πάλλεται, διπλώνουν γύρω από το όργανο ώστε να το κλείσουν μέσα τους – όπως ένα λουλούδι που κλείνει τη νύχτα.

Τέλος στην ανάγκη αντικατάστασης της μπαταρίας

Με δεδομένο ότι η συσκευή χρησιμοποιεί φως αντί για ηλεκτρικά σήματα μπορεί να συνεχίσει την καταγραφή πληροφοριών ακόμη και όταν ο βηματοδότης βρίσκεται σε διαδικασία απινίδωσης. Στους υπάρχοντες βηματοδότες το ηλεκτρικό σήμα της απινίδωσης μπορεί να παρεμβληθεί στις ικανότητες καταγραφής της συσκευής αφήνοντας τους γιατρούς με μια ατελή εικόνα σχετικά με τα καρδιακά επεισόδια των ασθενών τους. Επιπροσθέτως ο νέος βηματοδότης δεν χρειάζεται μπαταρία για να λειτουργήσει, κάτι που μπορεί να σώσει τους ασθενείς από την ανάγκη αντικατάστασης της μπαταρίας της συσκευής κάθε πέντε με επτά έτη, όπως συμβαίνει συνήθως σήμερα.

Το επόμενο βήμα για τους ερευνητές είναι να δοκιμάσουν την τεχνική τους σε ανθρώπους με απώτερο στόχο τη βελτίωση της ζωής εκατομμυρίων ασθενών παγκοσμίως.