Tradycyjne rozruszniki serca od dekad pozostają jednym z fundamentów leczenia zaburzeń rytmu serca. Mimo ogromnej skuteczności wymagają jednak zabiegów chirurgicznych, implantacji elektrod i długoterminowego monitorowania urządzeń znajdujących się wewnątrz organizmu. Naukowcy z MIT zaprezentowali alternatywę, która może znacząco zmienić ten model terapii – ultradźwiękowy rozrusznik serca w postaci cienkiej naklejki przyklejanej do klatki piersiowej. Technologia wykorzystuje fale akustyczne i sonogenetykę do nieinwazyjnego sterowania pracą mięśnia sercowego.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Jak działa ultradźwiękowy rozrusznik serca opracowany przez MIT
- Czym jest sonogenetyka i dlaczego może zmienić przyszłość terapii kardiologicznych
- Jakie wyniki uzyskano w badaniach laboratoryjnych i na modelach zwierzęcych
- Dlaczego technologia może ograniczyć potrzebę implantacji tradycyjnych rozruszników
Rozrusznik serca w formie naklejki – nowa koncepcja terapii arytmii
Zespół z MIT opracował urządzenie wielkości znaczka pocztowego, które przykleja się bezpośrednio do skóry klatki piersiowej. W przeciwieństwie do klasycznych rozruszników, ta nowa technologia medyczna nie wymaga przewodów, elektrod ani zabiegów chirurgicznych. Jej działanie opiera się na skoncentrowanych falach ultradźwiękowych, które pobudzają odpowiednio przygotowane komórki mięśnia sercowego do skurczu.
Wierzymy, że pewnego dnia na ciele będzie można umieszczać naklejki, które będą umożliwiały długoterminowe obrazowanie głębokich obszarów ciała, a także stymulację w celu uzyskania efektów terapeutycznych w nieinwazyjny sposób, w ramach zamkniętej pętli – powiedział Xuanhe Zhao, profesor inżynierii mechanicznej oraz inżynierii lądowej i środowiskowej na MIT.
Badacze zakładają, że podobne technologie mogą w przyszłości stać się elementem medycyny noszonej (wearable medicine), w której monitorowanie i terapia odbywają się jednocześnie.
Czym jest sonogenetyka i dlaczego jest kluczowa dla nowej technologii?
Centralnym elementem rozwiązania jest sonogenetyka – stosunkowo nowa dziedzina nauki wykorzystująca zdolność określonych komórek do reagowania na bodźce akustyczne. W praktyce badacze genetycznie modyfikują komórki serca tak, aby zawierały specjalne kanały jonowe aktywowane przez ultradźwięki. Proces działania przebiega wieloetapowo:
- Komórki mięśnia sercowego zostają wyposażone w specjalne kanały reagujące na określone częstotliwości akustyczne.
- Naklejka generuje impulsy ultradźwiękowe.
- Kanały otwierają się pod wpływem fal akustycznych.
- Następuje napływ wapnia do komórek.
- Komórki inicjują skurcz mięśnia sercowego.
Te kanały mogą teraz lepiej „słyszeć” ultradźwięki i mogą się otwierać, aby umożliwić dopływ wapnia, który bezpośrednio aktywuje komórkę i powoduje jej bicie – wyjaśnił Chen Gong, pierwszy autor artykułu.
To podejście różni się zasadniczo od klasycznych rozruszników, które wykorzystują impulsy elektryczne dostarczane przez elektrody wszczepione bezpośrednio do serca.
Dlaczego wcześniejsze próby wykorzystania ultradźwięków nie działały?
Naukowcy od lat wiedzieli, że ultradźwięki mogą bezpiecznie przenikać przez tkanki i oddziaływać na narządy wewnętrzne. Problem polegał jednak na ograniczonej precyzji i sile stymulacji. Wcześniejsze próby nie zapewniały stabilnego pobudzania mięśnia sercowego. Połączenie ultradźwięków z sonogenetyką rozwiązało ten problem, umożliwiając bardziej selektywną aktywację komórek.
Dodatkowo naukowcy zastosowali specjalnie opracowany hydrożel, który pozwala naklejce szczelnie przylegać do skóry, jednocześnie zapewniając wysoką przepuszczalność fal ultradźwiękowych.
Wyniki badań: komórki reagowały natychmiast
Technologia została przetestowana zarówno na hodowlach komórkowych, jak i na zwierzęcych modelach arytmii. Rezultaty okazały się obiecujące. Zmodyfikowane ludzkie komórki serca szybko synchronizowały się z rytmem generowanym przez ultradźwięki. Jeszcze bardziej spektakularne wyniki zaobserwowano u szczurów z niebezpiecznymi zaburzeniami rytmu serca. Naklejka skutecznie przywracała prawidłowe tempo pracy mięśnia sercowego.
Badacze podkreślają jednak, że jest to nadal etap przedkliniczny i droga do zastosowania technologii u ludzi pozostaje długa.
Jak miałoby wyglądać leczenie u ludzi?
Zespół MIT proponuje model dwuetapowego wdrażania technologii. Najpierw pacjent otrzymywałby jednorazową terapię genową, której zadaniem byłoby trwałe przygotowanie komórek serca do odbierania sygnałów ultradźwiękowych. Następnie pacjent korzystałby z zewnętrznej naklejki połączonej z niewielkim akumulatorem noszonym przy ciele.
Uważamy, że ten krok można by przełożyć klinicznie na terapię genową, która umożliwiłaby produkcję nieinwazyjnych rozruszników serca – stwierdził Gong.
Takie podejście mogłoby ograniczyć konieczność powtarzanych zabiegów chirurgicznych, wymiany baterii implantów czy ryzyka infekcji związanych z urządzeniami wszczepialnymi.
Inteligentna naklejka przyszłości – monitorowanie i terapia jednocześnie
Co istotne, zespół MIT pracuje już nad połączeniem nowego rozrusznika z wcześniejszą technologią ultradźwiękowych plastrów obrazujących narządy wewnętrzne. Docelowo miałaby powstać inteligentna platforma zdolna jednocześnie:
- monitorować pracę serca w czasie rzeczywistym,
- wykrywać arytmie,
- automatycznie inicjować terapię,
- działać w modelu zamkniętej pętli terapeutycznej.
Tego rodzaju rozwiązania wpisują się w rozwój spersonalizowanej medycyny cyfrowej, w której urządzenia noszone przez pacjentów nie tylko zbierają dane, ale również aktywnie reagują na wykryte zaburzenia.
Wyniki badań zostały opublikowane 2 czerwca w czasopiśmie Nature Biomedical Engineering.
Główne wnioski
- MIT opracował ultradźwiękowy rozrusznik serca w postaci naklejki, który może ograniczyć potrzebę implantacji klasycznych urządzeń.
- Technologia wykorzystuje sonogenetykę i ultradźwięki, aby nieinwazyjnie pobudzać komórki mięśnia sercowego.
- Badania na komórkach i modelach zwierzęcych wykazały skuteczną kontrolę rytmu serca, w tym poprawę arytmii.
- Docelowo system może działać jako inteligentne urządzenie monitorująco-terapeutyczne, reagujące automatycznie na zaburzenia rytmu.
Źródło:
- https://www.nature.com/articles/s41551-026-01673-z
- MIT
