Stimulator cardiac implantabil bioRESORBABIL

Mare-i gradina…

In 2021 a fost dezvoltat un stimulator cardiac complet implantabil, bioabsorbabil, capabil să susțină ritmurile cardiace în inimile donatorilor de animale și de oameni înainte de a dispărea în decurs de 5 până la 7 săptămâni.

Dispozitivele de stimulare temporară sunt frecvent utilizate după o intervenție chirurgicală cardiacă, dar se bazează pe generatoare externe voluminoase și pe cabluri de stimulare transcutanată care riscă să se infecteze sau să fie dislocate și pot deteriora inima atunci când sunt îndepărtate dacă sunt învelite în țesut fibrotic.

Dr. John Rogers

Dispozitivul experimental este subțire, alimentat fără cabluri sau baterii și este fabricat din materiale biocompatibile solubile în apă, ocolind astfel multe dintre dezavantajele dispozitivelor convenționale de stimulare temporară, potrivit John A. Rogers, dr., Care a condus dezvoltarea dispozitivului și dirijează Institutul Simpson Querrey pentru Bioelectronică de la Universitatea Northwestern din Chicago, Illinois.

Sursa: Northwestern University

„Încărcarea totală a materialului pe corp este foarte mică”, a spus el pentru theheart.org | Cardiologie Medscape . „Cantitatea de siliciu și magneziu dintr-o tabletă multivitaminică este de aproximativ 3000 de ori mai mare decât cantitatea de materiale din electronica noastră. Deci, le puteți considera o pastilă de vitamine foarte mică, într-un anumit sens, dar configurată cu funcționalitate electronică”.

Rogers și echipa sa au o reputație de inovație în medicina bioelectronică, construind recent dispozitive fără fir tranzitorii pentru a accelera neuroregenerația asociată cu nervii periferici deteriorați, pentru a monitoriza nou-născuții bolnavi critici și pentru a detecta semnele și simptomele timpurii asociate cu COVID-19 .

La scurt timp după ce Rogers s-a alăturat echipei Northwestern, electrofiziologul cardiac și profesorul de medicină din nord-vest Rishi Arora, MD, s-a adresat pentru a discuta despre modul în care ar putea monta electronice fără fir pentru pacienții care au nevoie de stimulare temporară.

„A fost o căsătorie firească”, a spus Arora într-un interviu. „O parte din motivul pentru a intra în inimă a fost că grupul de cardiologie de aici, în nord-vest, în special din partea electrofiziologiei, a fost foarte implicat în cercetarea translațională, iar John a avut, de asemenea, o colaborare foarte puternică înainte de a veni aici cu Igor Efimov, un gigant în domeniu în ceea ce privește cercetarea ritmului cardiac. „

Dr. Rishi Arora

Arora a remarcat faptul că incidența ritmului temporar după intervenția chirurgicală cardiacă este de cel puțin 10%, dar poate ajunge la 20%. Dispozitivele actuale funcționează bine la majoritatea pacienților, dar firele epicardice cu pacing temporar pot provoca complicații și, de obicei, funcționează bine doar câteva zile după operația cardiacă. Din punct de vedere clinic, însă, mai mulți pacienți au nevoie de suport pentru stimulare postoperatorie timp de 1 până la 2 săptămâni.

„Așadar, dacă așa ceva ar fi disponibil acolo unde l-ai putea lipi la suprafață și l-ai uita timp de o săptămână sau 10 zile sau 2 săptămâni, ai face celor 20% dintre pacienți un serviciu uriaș”, a spus el.

 

 

 

 

 

 

 

 

Schelă Bioresorbabilă Déjà Vu?

Filosofia „a nu lăsa nimic în urmă” nu este nimic nou în cardiologie, schelele vasculare bioresorbabile (BVS) primind sprijin inițial ca o soluție potențială la neoateroscleroză și tromboză cu stent tardiv în stenturile metalice permanente. Nerespectarea avantajelor și a problemelor de siguranță, cum ar fi tromboza în schele, a condus-o totuși la Abbott să oprească vânzările globale ale primelor BVS aprobate și Boston Scientific care să-și oprească programul BVS în 2017.

Cu toate acestea, stimulatorul cardiac fără fir este un dispozitiv electric, nu unul mecanic, a observat Rogers. „Faptul că nu se află în fluxul sanguin scade mult riscurile și, așa cum am menționat anterior, totul este foarte subțire, cu cantități mici de materiale. Deci, cred că există o relație acolo, dar este diferit în câteva moduri foarte importante . „

După cum au raportat recent în Nature Biotechnology, co-autorii Rogers, Arora și Efimov, de la Universitatea George Washington din Washington, DC, partea electronică a stimulatorului cardiac conține trei straturi: o antenă buclă cu o bobină inductivă de magneziu acoperită cu tungsten, o diodă PIN de radiofrecvență bazată pe o nanomembrana de siliciu monocristalină și un strat intermediar dielectric poli (lactidă-co-glicolidă) (PLGA).

Componentele electronice se odihnesc între două straturi de încapsulare a PLGA pentru a izola materialele active din biofluidele din jur în timpul implantării și se conectează la o pereche de electrozi de extensie flexibili care livrează stimulii electrici către un tampon de contact suturat pe inimă. Întregul sistem are aproximativ 16 mm lățime, 15 mm lungime și cântărește aproximativ 0,3 g.

Pacemakerul primește comenzi de alimentare și control printr-un transfer wireless de putere inductivă – aceeași tehnologie utilizată în dispozitivele medicale implantate, smartphone-uri și etichete RFID – între bobina receptorului din dispozitiv și o bobină de transmisie externă în formă de baghetă plasată deasupra sau la câțiva centimetri de inimă.

„În acest moment suntem aproape de 15 inci, ceea ce cred că este o distanță foarte respectabilă pentru această piesă specială de hardware și este foarte posibil din punct de vedere clinic”, a observat Arora.

Considerații concurente

Testarea arată până acum captarea ventriculară eficientă pe o gamă de frecvențe în inimile șoarecilor și iepurilor și stimularea și activarea cu succes a țesutului cardiac uman.

Testele in vivo la câini sugerează, de asemenea, că sistemul poate „obține puterea necesară pentru funcționarea stimulatoarelor cardiace bioresorbabile la pacienții adulți umani”, spun autorii.

Electrozii așezați pe picioarele câinilor au arătat o schimbare a semnalelor ECG dintr-un complex QRS îngust (în concordanță cu un ritm sinusal normal de 350-400 bpm) într-un complex QRS lărgit cu un interval RR scurtat (în concordanță cu un ritm ritmat de 400 -450 bpm) – indicând reușita captării ventriculare.

Dispozitivul a reușit să ritmeze câinii cu succes în ziua 4 postoperatorie, dar nu a putut furniza suficientă energie pentru a captura miocardul ventricular în ziua 5 și nu a reușit să ritmeze inima în ziua 6, chiar și atunci când tensiunile de transmisie au crescut de la 1 V pp la mai mult mai mult de 10 V pp .

Rogers a subliniat că un dispozitiv tranzitoriu al lor care folosește filme foarte subțiri de silice asigură o monitorizare stabilă a presiunii intracraniene pentru recuperarea traumatismului leziunilor cerebrale timp de 3 săptămâni înainte de dizolvare. Problema cu polimerii utilizați ca straturi de încapsulare în stimulator cardiac este că, chiar dacă nu s-au dizolvat complet, există o rată finită de permeabilitate a apei prin film.

„Se pare că a devenit factorul limitativ, mai degrabă decât chimia bioresorbției”, a spus el. „Deci, ceea ce vedem cu aceste dispozitive care încep să se degradeze electric în termeni de performanță în jur de 5 până la 6 zile se datorează acelei permeabilități pentru apă”.

Deși nu face parte din studiul actual, nu există niciun motiv pentru care straturile subțiri de siliciu să nu poată fi încorporate în stimulator cardiac pentru a-l face mai puțin permeabil la apă, a spus Rogers. Totuși, acest lucru va trebui cântărit în raport cu considerația concurentă de viață stabilă de funcționare.

Cercetătorii au ales în mod special materiale care s-ar bioresorbi în mod natural prin hidroliză și acțiune metabolică în organism. PLGA se degradează în acid glicolic și lactic, bobina inductivă de magneziu acoperită cu tungsten în Wo x și Mg (OH) 2 și dioda PIN de radiofrecvență a nanomembranei de siliciu în Si (OH) 4 .

Imagistica CT la modelele de șobolani arată că dispozitivul este învelit în țesut fibrotic și se decuplează complet de inimă la 4 săptămâni, în timp ce imaginile dispozitivelor explantate sugerează că stimulatorul cardiac se dizolvă în mare măsură în 3 săptămâni, iar resturile rămase dispar după 12 săptămâni.

Imagini ale diferitelor etape ale bioresorbției, care permit terapiei să ocolească necesitatea îndepărtării dispozitivului.

Cercetătorii au început un proces de scutire a dispozitivului de investigație pentru a permite dispozitivului să fie utilizat în studiile clinice și intenționează să adâncească potențialul de a se forma fragmente în diferite etape de resorbție, ceea ce sugerează unele imagini.

„Deoarece aceste dispozitive sunt fabricate din materiale pure și se află într-un mediu eterogen, atât mecanic cât și biomecanic, dispozitivele nu se resorb într-un mod perfect uniform și, ca urmare, la capătul procesului puteți sfârșesc cu fragmente mici care în cele din urmă se resorbesc, dar înainte de a dispărea, acestea sunt potențial mobile în cavitatea corpului „, a spus Rogers.

„Considerăm că, deoarece dispozitivele nu sunt în fluxul sanguin, riscul asociat cu aceste fragmente este probabil ușor de gestionat, dar în același timp, acestea sunt tipurile de detalii care trebuie abordate cu atenție înainte de încercările la oameni”, a spus el, adăugând acea soluție, dacă este necesară, ar fi încapsularea întregului dispozitiv într-un hidrogel subțire bioabsorbabil ca vehicul de izolare.

Electrofiziologul Arora a spus că speră că stimulatorul cardiac „va face viața pacienților mult mai ușoară în contextul postoperator, dar, chiar și acolo, cred că trebuie să ne amintim că tehnologia actuală de stimulare în acest cadru este de fapt foarte bună. Deci, există un cuvânt de precauție care să nu înaintea noastră „.

Așteptând înainte, entuziasmul acestei abordări nu este doar în contextul imediat postoperator, ci și în cel transvenos, a spus el. „Dacă putem ajunge la punctul în care putem face acest lucru transvenos, aceasta deschide o fereastră uriașă de oportunitate, deoarece acolo vorbim despre post-TAVR [înlocuirea valvei aortice transcatetere], infarctul post-miocardic etc.”

În prezent, ritmul transvenos temporar poate fi destul de nesigur din cauza unui risc ridicat de dislocare și infecție – mult mai mare decât pentru firele de stimulare chirurgicală, a remarcat el.

„În ceea ce privește traductibilitatea către un număr mai mare de pacienți, valoarea ar fi uriașă. Dar din nou, trebuie să facem multe înainte de a ajunge acolo. Dar dacă se poate ajunge până în acel moment, atunci cred că aveți o terapie reală care ar putea fi transformatoare „, a spus Arora.

Daniel Ganea
Vino cu mine

Faci un comentariu sau dai un răspuns?

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *

Acest site folosește Akismet pentru a reduce spamul. Află cum sunt procesate datele comentariilor tale.