En exploitant la lumière, mes collègues et moi a conçu un stimulateur cardiaque sans fil ultrafin qui fonctionne comme un panneau solaire. Cette conception élimine non seulement le besoin de piles, mais minimise également les perturbations de la fonction naturelle du cœur en s’adaptant à ses contours. Nos recherches, récemment publié dans la revue Naturepropose une nouvelle approche des traitements nécessitant une stimulation électrique, comme la stimulation cardiaque.
Les stimulateurs cardiaques sont des dispositifs médicaux implanté dans le corps pour réguler le rythme cardiaque. Ils sont composés de circuits électroniques dotés de piles et de câbles ancrés au muscle cardiaque pour le stimuler. Cependant, les sondes peuvent échouer et endommager les tissus. L’emplacement des sondes ne peut pas être modifié une fois qu’elles sont implantées, ce qui limite l’accès aux différentes régions du cœur. Étant donné que les stimulateurs cardiaques utilisent des électrodes métalliques rigides, ils peuvent également endommager les tissus lorsqu’ils sont utilisés. redémarrer le cœur après une opération ou réguler l’arythmie.
Notre équipe a imaginé un stimulateur cardiaque sans fil et plus flexible, capable de stimuler avec précision plusieurs zones du cœur. Nous avons donc conçu un appareil qui transforme la lumière en bioélectricité, ou signaux électriques générés par les cellules cardiaques. Plus fin qu’un cheveu humain, notre stimulateur cardiaque est constitué d’une fibre optique et d’une membrane de silicium qui Laboratoire Tian et collègues de l’Université de Chicago École Pritzker de génie moléculaire avons passé des années à développer.
Comme les panneaux solaires, ce stimulateur cardiaque est alimenté par la lumière.
Contrairement à cellules solaires conventionnelles qui sont généralement conçus pour collecter autant d’énergie que possible, nous avons peaufiné notre appareil pour générer de l’électricité uniquement aux points où la lumière frappe afin qu’il puisse réguler avec précision les battements cardiaques. Nous y sommes parvenus en utilisant une couche de très petits pores capables de piéger la lumière et le courant électrique. Seuls les muscles cardiaques exposés aux pores activés par la lumière sont stimulés.
Notre appareil étant si petit et léger, il peut être implanté sans ouvrir la poitrine. Nous étions capable de implantez-le avec succès dans le cœur des rongeurs et d’un cochon adulte, rythmant les battements de différents muscles cardiaques. Parce que coeurs de cochon sont anatomiquement similaires aux cœurs humains, cette réalisation montre le potentiel de notre appareil à se traduire par les gens.
Pourquoi est-ce important
Les maladies cardiaques sont première cause de décès dans le monde. Annuellement, plus de 2 millions de personnes subir une intervention chirurgicale à cœur ouvert pour traiter des problèmes cardiaques, notamment pour dispositifs implantaires qui régulent le rythme cardiaque et préviennent les crises cardiaques.
Notre appareil ultraléger s’adapte en douceur à la surface du cœur, permettant une stimulation moins invasive, une stimulation améliorée et une contraction synchronisée. Pour réduire le traumatisme postopératoire et le temps de récupération, notre dispositif peut être implanté avec une technique mini-invasive.
Ce qu’on ne sait toujours pas
Actuellement, notre technologie est mieux utilisée en premier pour les maladies cardiaques urgentes, notamment le redémarrage du cœur après une intervention chirurgicale, une crise cardiaque et une défibrillation ventriculaire. Nous continuons d’explorer ses effets à long terme et sa durabilité sur le corps humain.
L’environnement interne du corps est riche en fluides qui sont perturbés par le mouvement mécanique constant du cœur. Cela pourrait potentiellement compromettre les fonctionnalités de l’appareil au fil du temps.
Le syndrome du stimulateur cardiaque est une maladie qui se développe en stimulant les muscles cardiaques de manière isolée. Michael Rosengarten BEng, MD.McGill/ECG Encyclopédie mondiale via Wikimedia Commons, CC BY-SA
De plus, les chercheurs ne comprennent pas pleinement comment le corps réagit à une exposition prolongée aux dispositifs médicaux. La formation de tissu cicatriciel autour du dispositif après l’implantation peut diminuer sa sensibilité. Nous développons des traitements de surface spéciaux et des revêtements de biomatériaux pour réduire le risque de rejet.
Bien que la panne de notre appareil entraîne la production d’une substance non toxique que le corps peut absorber en toute sécurité, appelée acide siliciqueil est essentiel d’évaluer la façon dont le corps réagit à une implantation prolongée pour garantir la sécurité et l’efficacité.
Et après
Pour parvenir à une implantation à long terme et adapter le dispositif à chaque patient, nous affinons la vitesse à laquelle il se dissout naturellement dans l’organisme. Nous étudions des améliorations pour rendre l’appareil compatible en tant que stimulateur cardiaque portable. Cela consiste à intégrer une diode électroluminescente sans fil, ou LED, sous la peau, connectée à l’appareil via une fibre optique.
Notre objectif ultime est d’élargir la portée de ce que nous appelons les produits photoélectroceutiques au-delà des soins cardiaques. Ceci comprend neurostimulationneuroprothèses et gestion de la douleur pour traiter les maladies neurodégénératives telles que la maladie de Parkinson.
Le Résumé de recherche est un bref aperçu d’un travail universitaire intéressant.
Pengju Li est titulaire d’un doctorat. Candidat en génie moléculaire à la Pritzker School of Molecular Engineering de l’Université de Chicago. Cet article est republié à partir de La conversation sous un Licence Creative Commons. Lis le article original.
