- Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology opracowali przełomowy rozrusznik serca, który działa za pomocą ultradźwięków.
- To innowacyjne rozwiązanie może w przyszłości zastąpić tradycyjne, inwazyjne implanty kardiologiczne, ratujące życie milionom pacjentów.
- Nowe urządzenie, wielkości znaczka pocztowego, oferuje nadzieję na bezpieczniejsze i wygodniejsze wsparcie pracy serca, bez konieczności operacji.
Rewolucja w kardiologii: Koniec z inwazyjnymi operacjami?
W Stanach Zjednoczonych około trzy miliony dorosłych osób żyje z wszczepionymi rozrusznikami serca. Te ratujące życie urządzenia, choć powszechnie stosowane, są inwazyjne - wymagają operacji i bezpośredniego kontaktu z bijącym sercem, co wiąże się z pewnym ryzykiem. Teraz naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) dokonali przełomu, opracowując nieinwazyjny rozrusznik, który stymuluje serce za pomocą ultradźwięków.
Ich odkrycie zostało opublikowane w prestiżowym czasopiśmie "Nature Biomedical Engineering".
Ta innowacyjna konstrukcja może w przyszłości stać się bezpieczną i niewymagającą operacji alternatywą dla tradycyjnych implantów kardiologicznych. "Wierzymy, że pewnego dnia na ciele będzie można umieścić naklejki, które umożliwią długoterminowe obrazowanie głębokich tkanek, a także stymulację w celu uzyskania efektów terapeutycznych, w nieinwazyjny sposób" - powiedział profesor MIT Xuanhe Zhao, główny badacz projektu.
Jak działa ultradźwiękowy rozrusznik serca?
Prototyp nowego rozrusznika składa się z dwóch kluczowych elementów. Pierwszy to ultradźwiękowa naklejka, mniej więcej wielkości znaczka pocztowego, którą przykleja się do klatki piersiowej. Drugi to kieszonkowe urządzenie, zawierające baterie i niezbędną elektronikę. Miniaturowe przetworniki umieszczone w naklejce wysyłają impulsy ultradźwiękowe przez klatkę piersiową, bezpośrednio do serca.
Fale ultradźwiękowe mają zdolność otwierania określonych mikroskopijnych otworów w komórkach serca, zwanych kanałami jonowymi. Ich otwarcie wywołuje przepływ jonów wapnia, co jest sygnałem dla komórki serca do skurczu. Aby wzmocnić ten efekt, w celach doświadczalnych naukowcy użyli inżynierii genetycznej, zwiększając wrażliwość komórek na fale dźwiękowe - tę nowatorską technikę nazwali sonogenetyką.
Testy laboratoryjne obiecują przełom
Skuteczność nowego rozwiązania została potwierdzona w szeregu eksperymentów. W warunkach laboratoryjnych naukowcy z powodzeniem utrzymywali prawidłową kurczliwość genetycznie zmodyfikowanych ludzkich komórek serca, poddając je działaniu fal ultradźwiękowych.
Urządzenie przetestowano również na szczurach, gdzie ultradźwiękowa naklejka w szybki, bezpieczny i nieinwazyjny sposób korygowała arytmie, czyli zaburzenia rytmu serca, przywracając prawidłowe, regularne skurcze. Ta sama grupa badaczy wcześniej zademonstrowała już naklejkę wykorzystującą ultradźwięki do obrazowania głębokich narządów.
Obecnie planują stworzenie urządzenia, które będzie potrafiło jednocześnie monitorować i regulować aktywność serca.
Dlaczego potrzebujemy nowej metody?
Tradycyjne rozruszniki serca, choć od dekad ratują życie, są wszczepiane chirurgicznie. Dr Gengxi Lu z University of Southern California, współautor artykułu, podkreśla: "Rozruszniki serca to jedne z najważniejszych i najpowszechniej stosowanych implantów wszczepianych ludziom, które uratowały miliony istnień. Są one jednak inwazyjne i mają bezpośredni kontakt z bijącym sercem.
Marzeniem od wielu lat jest nieinwazyjna stymulacja serca za pomocą ultradźwięków". Fale ultradźwiękowe są już szeroko stosowane w medycynie. Odbijają się od struktur w charakterystyczny sposób, co pozwala na tworzenie obrazów narządów i tkanek, na przykład podczas badania USG.
Ultradźwięki mogą być również precyzyjnie kierowane i skupiane w celu wywoływania efektów terapeutycznych, na przykład w mózgu, w leczeniu chorób takich jak Parkinsona czy Alzheimera. Naukowcy od dawna wiedzieli, że ultradźwięki mogą korzystnie wpływać na serce, jednak wcześniejsze badania na zwierzętach wykazywały, że ten efekt był często niespójny i zbyt słaby.
Sonogenetyka - klucz do skuteczności
Zespół profesora Zhao podjął wyzwanie wzmocnienia wpływu ultradźwięków na serce. W swoich badaniach zastosowali sonogenetykę - stosunkowo nowe podejście, które wywodzi się z optogenetyki. Optogenetyka to technika genetycznej modyfikacji komórek, by reagowały na światło. Podobnie, sonogenetyka ma na celu modyfikację genetyczną komórek tak, aby były wrażliwe na dźwięk, w tym ultradźwięki.
Aby opracować ultradźwiękowy rozrusznik, badacze najpierw zwiększyli wrażliwość komórek serca na fale dźwiękowe. W laboratorium, z embrionalnych komórek macierzystych pozyskali komórki serca, a następnie wprowadzili do nich modyfikację genetyczną. Ta manipulacja doprowadziła do powstania kanałów jonowych, które znacznie łatwiej otwierały się w odpowiedzi na ultradźwięki, co jest kluczem do skutecznej i precyzyjnej stymulacji pracy serca.
