Исследователи из Техасского института сердца (THI) и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе достигли значительного рубежа в разработке безвыводных кардиостимуляторов с беспроводным питанием. В статье, опубликованной в журнале Nature Research Journal Scientific Reports, команда использовала свою инновационную систему кардиостимуляции, чтобы выявить способность обеспечивать синхронизированную бивентрикулярную стимуляцию сердца размером с человека в модели доклинических исследований.
Во главе с доктором. Мехди Разави, директор отдела клинических исследований электрофизиологии & Инновации в THI и доцент Медицинского колледжа Бейлора и проф. Айдын Бабахани, директор Лаборатории интегрированных датчиков Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, исследование исследует технологию, которая может дать врачам совершенно новый терапевтический вариант для лечения пациентов с аритмией и другими сердечно-сосудистыми заболеваниями, такими как сердечная недостаточность.
Приблизительно 30% пациентов с хронической сердечной недостаточностью также имеют проблемы с электрической проводимостью в сердце, что требует лечения для ресинхронизации проводящей системы сердца в двух его самых больших камерах. В этих случаях врачи назначают сердечную ресинхронизирующую терапию или СРТ. ЭЛТ доставляется с помощью длинных проводов, называемых отведениями, которые прикреплены к кардиостимуляторам для стимуляции обеих нижних камер сердца. Когда пациенту требуется синхронизация обеих камер сердца, называемая бивентрикулярной стимуляцией, традиционный кардиостимулятор с отведениями в настоящее время является единственным коммерчески доступным вариантом. К сожалению, эти выводы склонны к трещинам, смещению и перемещению от исходного местоположения.
Хотя пациенты действительно видят улучшения с помощью CRT, обычно в течение 6 месяцев, примерно треть пациентов плохо реагирует на терапию, а частота отсутствия ответа может достигать 43%.
Обеспечивая одновременную кардиостимуляцию из нескольких участков сердца, новая безвыводная система кардиостимулятора с беспроводным питанием от THI и UCLA направлена на уменьшение осложнений, связанных с традиционными кардиостимуляторами, которые используются сегодня, и открывает двери для более безопасных и эффективных вариантов бивентрикулярной кардиостимуляции.
Предыдущее исследование, проведенное командой, подтвердило способность системы обеспечивать беспроводное питание одного сайта в сердцах малых, средних и крупных исследовательских моделей открытого типа. В новом исследовании было показано, что крошечные кардиостимуляторы – размером всего лишь часть четверти – работают на модели свиньи с закрытой грудью посредством беспроводной передачи питания на специально разработанные маломощные интегральные схемы на сердце.
Потенциальная клиническая польза кардиостимулятора, подтвержденная измерениями электрической активности с помощью ЭКГ и кровотока в сердце во время тестирования, была впечатляющей. В частности, стратегия бивентрикулярной стимуляции улучшила важные показатели клинических исходов по сравнению с однокамерной стимуляцией. В целом, полученные результаты увеличивают возможность использования многосайтовой кардиостимуляции с беспроводным питанием для решения проблем повторной синхронизации сердца.
В настоящее время команда работает над дальнейшей миниатюризацией кардиостимулятора с беспроводным питанием, чтобы сделать его имплантированным в одно или несколько желаемых мест для стимуляции сердца минимально инвазивным способом. Это устранит необходимость во внутрисосудистых отведениях и, что наиболее важно, позволит синхронизировать и безотводную кардиостимуляцию по нескольким камерам сердца, что дает возможность обеспечить индивидуальную ЭЛТ для пациента.
Существенной проблемой этой новой технологии является поддержание эффективности беспроводной передачи энергии, поскольку устройство становится очень маленьким, а антенна становится менее эффективной. По словам Проф. Бабахани, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники в Инженерной школе Самуэли Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.
Лаборатория Бабахани, финансируемая Калифорнийским университетом в Лос-Анджелесе, раздвинула границы миниатюризации, так что целый кардиостимулятор может поместиться в вену. Миниатюрный кардиостимулятор устраняет необходимость в громоздких встроенных батареях, поскольку он получает энергию и управляет по беспроводной сети с помощью электромагнитных волн от внешнего контроллера.
Миниатюрные чипы кардиостимулятора (адаптировано из синхронизированной бивентрикулярной кардиостимуляции в модели свиней с закрытой грудью, основанной на беспроводных безвыводных кардиостимуляторах, адаптировано из Lyu et al. Sci Rep 2020 doi: 10.1038 / s41598-020-59017-z
В основе кардиостимулятора лежат интегральные микросхемы на основе кремния, созданные в Prof. Лаборатория Бабахани в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. Докторант Хунмин Лю и доктор философии.D. студенты, Хамед Рахмани и Юйсян Сун проф. Лаборатория Бабахани в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе разработала более раннюю версию устройства.
"Миниатюрные имплантируемые медицинские устройства уже сегодня на рынке. Они используются в нейронных имплантатах, в микрочипах, которые могут быть запрограммированы по беспроводной сети для доставки доз лекарств от остеопороза, и в одноразовых видеокапсулах, которые можно проглотить для беспроводной передачи изображений желудочно-кишечного тракта во время путешествия по телу. Так почему бы не уменьшить кардиостимулятор в миниатюре?" заявил д-р. Разави.
Конечная цель команды – создать систему кардиостимуляции, которая может диагностировать потребности сердца в кардиостимуляции в режиме реального времени, предоставлять критическую обратную связь медицинскому персоналу, если это необходимо, и предоставлять индивидуальное лечение. Таким образом, кардиостимулятор в конечном итоге сможет использовать возможности искусственного интеллекта (A.я.) путем изучения данных, которые он генерирует, для выявления закономерностей и внесения корректировок. Это.я. По мнению инженеров-исследователей THI, доктора. Эллисон Пост и Мэтьюз Джон. THI и UCLA уже сотрудничают с Университетом Райса над алгоритмами для достижения этой цели. Хотя это не было частью исследования, опубликованного в статье Scientific Reports, исследовательская группа Rice участвовала в обсуждениях исследования.
"Мы создаем интеллектуальный кардиостимулятор, который будет постоянно считывать электрические потребности сердца и самостоятельно корректировать или постоянно регулировать и откалибровать, чтобы обеспечить индивидуальную кардиостимуляцию в режиме реального времени для каждого человека," добавил Dr. Разави.
Доктор. Абди Расех, электрофизиолог и кардиолог из THI Electrophysiology Clinical Research & Команда по инновациям заявила, что постоянные инвестиции в надежную исследовательскую инфраструктуру позволили команде наладить продуктивное сотрудничество и привлечь талантливых инженеров и кардиологов. "У нас есть очень благоприятная среда для разработки инновационных решений по управлению сердечной аритмией, которые могут значительно улучшить качество жизни, "добавил Dr. Расех.