Naklejki stymulujące pracę serca

Rozrusznik serca oparty na ultradźwiękach może w przyszłości stabilizować pracę serca bez konieczności chirurgicznego wszczepiania implantu. Prototyp opracowany przez inżynierów z Massachusetts Institute of Technology nieinwazyjnie stymuluje serce za pomocą fal ultradźwiękowych — informuje „Nature Biomedical Engineering”.

Inżynierowie z Massachusetts Institute of Technology opracowali nieinwazyjny rozrusznik serca, który wykorzystuje ultradźwięki do stymulacji jego pracy. Konstrukcja może w przyszłości stać się alternatywą dla tradycyjnych implantów kardiologicznych, których wszczepienie wymaga operacji. – 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.

Naklejka na klatce piersiowej zamiast implantu

.Prototyp składa się z ultradźwiękowej naklejki wielkości mniej więcej znaczka pocztowego, którą można nosić na klatce piersiowej, oraz kieszonkowego urządzenia zawierającego baterie i elektronikę.

Miniaturowe przetworniki umieszczone na naklejce wysyłają przez klatkę piersiową impulsy ultradźwiękowe, które mają stymulować serce. Fale powodują otwarcie określonych kanałów jonowych w komórkach serca. W celach doświadczalnych naukowcy wzmocnili ten efekt dzięki inżynierii genetycznej. Otwarcie kanałów prowadzi do przepływu wapnia, który sygnalizuje komórce serca skurcz. W eksperymentach laboratoryjnych naukowcom udało się utrzymywać prawidłową kurczliwość zmodyfikowanych genetycznie ludzkich komórek serca poddawanych działaniu fal ultradźwiękowych. Urządzenie przetestowano również na szczurach. Naklejka ultradźwiękowa szybko, bezpiecznie i nieinwazyjnie korygowała arytmie oraz przywracała prawidłowe, regularne skurcze serca.

Technologia, która ma monitorować i regulować serce

.Ta sama grupa badawcza zaprezentowała wcześniej projekt naklejki wykorzystującej ultradźwięki do obrazowania głębokich narządów i tkanek. Teraz naukowcy planują stworzyć rozwiązanie, które pozwoli jednocześnie monitorować i regulować aktywność serca.

Obecnie około 3 miliony dorosłych w Stanach Zjednoczonych żyje z rozrusznikami serca. Te niewielkie, zasilane bateryjnie urządzenia są chirurgicznie wszczepiane w klatkę piersiową pacjenta i dostarczają impulsy elektryczne regulujące rytm serca. Wszczepialne rozruszniki serca są powszechnie znaną i generalnie bezpieczną metodą leczenia, ale ich zastosowanie wiąże się z ryzykiem. – Rozruszniki serca to jedne z najważniejszych i najpowszechniej stosowanych implantów wszczepianych ludziom, które uratowały miliony istnień – powiedział współautor artykułu, dr Gengxi Lu z University of Southern California. – Są one jednak inwazyjne i mają bezpośredni kontakt z bijącym sercem. Marzeniem od wielu lat jest nieinwazyjna stymulacja serca za pomocą ultradźwięków – zaznaczył.

Sonogenetyka, czyli komórki reagujące na dźwięk

.Fale ultradźwiękowe odbijają się i rezonują ze strukturami ciała w charakterystyczny sposób, co pozwala technikom rozpoznawać i obrazować narządy oraz tkanki. Ultradźwięki można jednak nie tylko wykorzystywać diagnostycznie. Można je również kierować i skupiać tak, aby wywoływać określone efekty terapeutyczne, na przykład w mózgu w leczeniu choroby Parkinsona czy Alzheimera.

Naukowcy odkryli również, że ultradźwięki mogą korzystnie oddziaływać na serce. Wcześniejsze badania na zwierzętach wykazały, że skoncentrowane ultradźwięki mogą bezpiecznie aktywować komórki serca, choć efekt był niespójny i słaby. Zhao i jego współpracownicy postanowili wzmocnić wpływ ultradźwięków na serce. W nowym badaniu zastosowali sonogenetykę — stosunkowo nowe podejście wywodzące się z optogenetyki, czyli techniki polegającej na genetycznej manipulacji określonymi częściami komórki tak, aby reagowały na światło. Sonogenetyka działa według podobnej logiki: jej celem jest modyfikacja komórek tak, aby reagowały na dźwięk, w tym ultradźwięki.

Pracując nad ultradźwiękowym rozrusznikiem serca, zespół najpierw próbował zwiększyć wrażliwość komórek serca na ultradźwięki. W laboratorium naukowcy zastosowali standardowe metody, aby uzyskać komórki serca z embrionalnych komórek macierzystych, a następnie wprowadzili do nich modyfikację genetyczną zwiększającą ich podatność na działanie ultradźwięków. W szczególności doprowadziła ona do powstania kanałów jonowych, które łatwiej otwierały się w odpowiedzi na ultradźwięki. Na razie jest to prototyp i technologia pozostaje na etapie badań. Jeżeli jednak dalsze prace potwierdzą jej skuteczność i bezpieczeństwo, rozrusznik serca oparty na ultradźwiękach może otworzyć nowy rozdział w nieinwazyjnej kardiologii.

Jarosław Kowalski / PAP