Βηματοδότης – «φωτοβολταϊκό»!

Υπάρχουν φορές που το σώμα μας χρειάζεται… μηχανική βοήθεια για να λειτουργεί σωστά. Ετσι εκατομμύρια άνθρωποι ανά τον κόσμο ζουν «συντροφιά» με έναν βηματοδότη καρδιάς – μια μικρή συσκευή που ρυθμίζει τους παλμούς της καρδιάς ώστε αυτή να «δουλεύει ρολόι» ενώ ολοένα και περισσότεροι ασθενείς με νευρολογικές και άλλες νόσους βασίζονται σε έναν βηματοδότη εγκεφάλου για να έχουν μια (κατά το δυνατόν) φυσιολογική καθημερινότητα.

«Φωτεινή» λειτουργία

Παρότι αυτού του είδους οι συσκευές προσφέρουν πολλά, οι ερευνητές αναζητούν τρόπους ώστε να τις καταστήσουν μικρότερες και λιγότερο «παρεμβατικές» ώστε να μειώνεται και ο κίνδυνος επιπλοκών. Και αυτό ακριβώς κατάφεραν ερευνητές του Πανεπιστημίου του Σικάγου, σύμφωνα με δημοσίευσή τους στο επιστημονικό περιοδικό «Nature» – δημιούργησαν μια ασύρματη συσκευή που λειτουργεί με φως και η οποία μπορεί να τοποθετηθεί εντός του σώματος για να ρυθμίσει την καρδιακή ή τη νευρική λειτουργία.

Μείωση επιπλοκών για τους καρδιοπαθείς

Οι πανάλαφρες μεμβράνες της συσκευής, πολύ λεπτότερες από μια ανθρώπινη τρίχα, μπορούν να εισαχθούν στον οργανισμό με μια ελάχιστα παρεμβατική διαδικασία ενώ δεν διαθέτουν κινούμερα μέρη. Σύμφωνα με τους επιστήμονες που δημιούργησαν τον νέο βηματοδότη… φωτός, αυτός μπορεί να συμβάλλει στη μείωση των επιπλοκών που εμφανίζονται σε καρδιοπαθείς και όχι μόνο. «Τα πρώτα πειράματά μας ήταν πολύ επιτυχημένα και είμαστε πραγματικά αισιόδοξοι για το μέλλον αυτής της τεχνολογίας» ανέφερε ο Πενγκτζού Λι, απόφοιτος του Πανεπιστημίου του Σικάγου και πρώτος συγγραφέας της μελέτης.

Τεχνολογία παρόμοια με των ηλιακών κυψελών

Το εργαστήριο του καθηγητή Μπόζι Τιάν στο οποίο εργάζεται ο κύριος Λι αναπτύσσει εδώ και χρόνια συσκευές που χρησιμοποιούν τεχνολογία παρόμοια με εκείνη των ηλιακών κυψελών για χρήση στον ανθρώπινο οργανισμό.

Τα φωτοβολταϊκά συστήματα είναι μια άκρως ελκυστική λύση επειδή δεν διαθέτουν κινούμερα μέρη ή καλώδια που θα μπορούσαν να χαλάσουν ή και να προκαλέσουν βλάβες στους ιστούς – και έτσι είναι ιδιαιτέρως ελκυστικά για ευαίσθητους ιστούς όπως αυτός της καρδιάς. Παράλληλα αντί να λειτουργούν με μπαταρία, οι βηματοδότες – φωτοβολταϊκά τοποθετούνται μαζί με μια μικροσκοπική οπτική ίνα η οποία παρέχει ενέργεια.

Ο Πενγκτζού Λι που είναι ο πρώτος συγγραφέας της νέας μελέτης σχετικά με τον μικροσκοπικό βηματοδότη-φωτοβολταϊκό κρατά στα χέρια του το πρωτότυπο μιας συσκευής η οποία μπορεί να εμφυτεύσει στον οργανισμό τον βηματοδότη μέσω μιας ελάχιστα επεμβατικής διαδικασίας (Jean Lachat)

Στοχευμένη εφαρμογή

«Σε μια ηλιακή κυψέλη στόχος είναι να συλλεγεί όσο περισσότερο φως του ήλιου γίνεται και να μεταφερθεί όλη αυτή η ενέργεια κατά μήκος της κυψέλης ασχέτως με το ποιο πάνελ χτυπά ο ήλιος. Για εφαρμογή όμως αυτής της φιλοσοφίας στον οργανισμό, το φως πρέπει να πέφτει σε μια πολύ συγκεκριμένη περιοχή και να ενεργοποιεί μόνο αυτή την περιοχή».

Αυτό ακριβώς προσπάθησαν να επιτύχουν ο Λι και η υπόλοιπη ομάδα από το Πανεπιστήμιο του Σικάγου. Δημιούργησαν ένα φωτοβολταϊκό υλικό το οποίο ενεργοποιείται μόνο στο σημείο όπου χτυπά το φως. Το υλικό αυτό αποτελείται από δύο στρώματα ενός τύπου πυριτίου που είναι γνωστό ως P-type και το οποίο αποκρίνεται στο φως δημιουργώντας ηλεκτρικό φορτίο.

Εύκαμπτη, λεπτεπίπλεπτη μεμβράνη (και μαζί μια οπτική ίνα)

Το επάνω στρώμα έχει πολλές μικρές οπές οι οποίες συγκεντρώνουν την ηλεκτρική ενέργεια σε ένα σημείο και δεν της επιτρέπουν να διαχέεται. Το αποτέλεσμα είναι τελικώς μια εύκαμπτη, λεπτεπίλεπτη μεμβράνη η οποία μπορεί να εισαχθεί στο σώμα μέσω ενός σωληνίσκου μαζί με μια οπτική ίνα – πρόκειται για μια ελάχιστα επεμβατική διαδικασία.

Η οπτική ίνα ενεργοποιείται σε ένα συγκεκριμένο μοτίβο το οποίο η μεμβράνη αναγνωρίζει και το μετατρέπει σε ηλεκτρικούς παλμούς. Η μεμβράνη έχει πάχος μόλις ενός μικρομέτρου (είναι δηλαδή περί τις 100 φορές πιο λεπτή από την… πιο λεπτή ανθρώπινη τρίχα). Ζυγίζει λιγότερο από ένα πεντηκοστό του γραμμαρίου – δηλαδή πολύ λιγότερο από τους πιο προηγμένους βηματοδότες οι οποίοι ζυγίζουν τουλάχιστον πέντε γραμμάρια. «Οσο πιο ελαφριά είναι η συσκευή, τόσο πιο βολική είναι για τους ασθενείς» σημείωσε ο Λι.

Η συσκευή διαλύεται μέσα στον οργανισμό

Η συγκεκριμένη έκδοση της συσκευής προορίζεται για προσωρινή χρήση. Μάλιστα δεν απαιτείται αφαίρεση του βηματοδότη αφού σταματήσει να λειτουργεί αλλά η συσκευή σταδιακά διαλύεται και σχηματίζεται μια μη τοξική για τον οργανισμό ένωση που είναι γνωστή ως πυριτικό οξύ.

Πάντως οι ερευνητές ανέφεραν ότι αυτού του είδους οι συσκευές θα μπορούσαν να προσαρμοστούν ώστε να έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, ανάλογα με τις εκάστοτε ανάγκες βηματοδότησης της καρδιάς.

Ενσωμάτωση των βιοηλεκτρονικών συσκευών στο σώμα

«Η εξέλιξη αυτή αλλάζει το πεδίο της θεραπείας καρδιακού επανασυγχρονισμού» ανέφερε ο Ναρουτόσι Χιμπίνο, καθηγητής Χειρουργικής στο Πανεπιστήμιο του Σικάγου και κύριος συγγραφέας της μελέτης και προσέθεσε ότι «βρισκόμαστε κοντά στο να περάσουμε ένα νέο σύνορο στο οποίο οι βιοηλεκτρονικές συσκευές θα μπορούν να ενσωματώνονται στις φυσικές λειτουργίες του σώματος».

Πιθανή χρήση και στη νευροτροποποίηση

Παρότι τα πρώτα πειράματα διεξήχθησαν σε ιστό της καρδιάς, η ερευνητική ομάδα σημείωσε πως η συγκεκριμένη προσέγγιση θα μπορούσε να εφαρμοστεί και στη νευροτροποποίηση – σε νόσους όπως για παράδειγμα η Πάρκινσον αλλά και για την αντιμετώπιση του χρόνιου πόνου και άλλων διαταραχών. Ο Λι μάλιστα «βάφτισε» αυτό το νέο πεδίο «photoelectroceuticals».

Πλήθος εφαρμογών

Ο καθηγητής Τιάν υπογράμμισε ότι δεν θα ξεχάσει την ημέρα κατά την οποία δοκίμασε τον νέο βηματοδότη… φωτός σε πειράματα με καρδιές χοίρων οι οποίες έχουν πολλά παρόμοια χαρακτηριστικά με τις ανθρώπινες. «Θυμάμαι εκείνη την ημέρα διότι η συσκευή δούλεψε σωστά από την πρώτη στιγμή». Ο καθηγητής κατέληξε λέγοντας ότι η νέα φιλοσοφία που ακολούθησε η ομάδα του θα μπορούσε να βρει εφαρμογή και σε άλλα πεδία όπως στις μπαταρίες, στους καταλύτες αλλά και στα φωτοβολταϊκά συστήματα.