В США разработали биосовместимый электрокардиостимулятор для внутрисосудистой имплантации

Группа ученых в области биоинженерии, микробиологии и кардиологии из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе разработала биосовместимое беспроводное микроэлектронное устройство для формирования микротрубчатого кардиостимулятора для внутрисосудистой имплантации и электрокардиостимуляции. Работа опубликована в журнале Science Advances.

Кардиостимуляторы работают от батареи, кроме того, водители ритма могут вызвать повреждения клапанов и инфекции. Для замены батареи необходимо полностью извлечь кардиостимулятор. Несмотря на наличие беспроводного биоэлектронного устройства для стимуляции эпикарда, хирургам по-прежнему необходимо имплантировать устройство посредством торакотомии - инвазивной хирургической процедуры.

В ходе исследования новый кардиостимулятор обеспечивал эффективную стимуляцию для восстановления сердечного ритма в неработающем сердце на модели животного - свиньи. Такой микротрубчатый кардиостимулятор открывает возможности для минимально инвазивной имплантации микроэлектроники без свинца и батареек для оказания медицинской помощи и восстановления сердечного ритма.

Микростимуляторы имплантируются в качестве сердечных, желудочных, нервных и урологических устройств для поддержания жизни. В то время как электрокардиостимуляторы подвержены разряду, разрушению и образованию биопленки, разработки бессвинцовых кардиостимуляторов, не требующих подзарядки для минимально инвазивной имплантации, до настоящего времени оставались в биомедицинской инженерии нерешенной задачей.

Достижения в области применения биомедицинских имплантатов на основе катетеров включают биопротезирование клапанов. В этой работе ученые создали самособирающийся имплантируемый микротрубчатый кардиостимулятор, изготовленный из легких и беспроводных компонентов, что позволяет обеспечить высокую электрическую мощность и работоспособность для облегчения внутрисосудистой стимуляции миокарда и механического соединения.

Разработанный беспроводной радиочастотный модуль в тонкой гибкой полиимидной мембране предназначен для приема энергии от внешнего передатчика. Полиимидная мембрана покрыта слоем эластомера для изоляции цепей и оптимизации эффективности передачи энергии к микротрубчатому кардиостимулятору.

После имплантации устройства в переднюю сердечную вену ученые продемонстрировали способность микротрубчатого устройства восстанавливать работу неработающего сердца, регистрируемую с помощью электрокардиограмм, возобновлять сокращение миокарда и выполнять беспроводную и бессвинцовую стимуляцию миокарда.

Ученые разработали самособирающуюся микротрубчатую электронику в соответствии с анатомией и электрофизиологией сердечно-сосудистой системы для беспроводной стимуляции без использования батареек.

Команда проверила биосовместимость материалов с помощью инкубационного анализа in vitro и включила мононуклеарные клетки периферической крови (ПБМК) для изучения поверхностной биосовместимости и воспалительной реакции различных материалов. Составляющая популяция ПБМК включала гранулоциты, моноциты и лимфоциты, которые активно запускали воспаление и иммунный ответ при воздействии биоматериала.

Когда биоинженеры инкубировали клетки крови с материалами, используемыми в микротрубчатом кардиостимуляторе, они отметили отсутствие клеточной токсичности и иммунных реакций в течение недели, а также гемосовместимость и иммуногенность разработанного устройства.

Далее ученые продолжили изучение внутрисосудистой стимуляции для восстановления электромеханической связи и кровообращения. Модель свиного сердца напоминает физиологию человека и подходит для клинических трансляционных исследований in vivo. В ходе опытов на сердце свиньи исследователи зафиксировали сокращение миокарда относительно электрической стимуляции в виде движений эпикарда.

Марина КЫН