Forscher der Northwestern University in Illinois (USA) haben einen außerordentlich kleinen, sich selbst auflösenden temporären Herzschrittmacher entwickelt.
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Forscher der Northwestern University in Chicago, Illinois haben einen Mini-Herzschrittmacher entwickelt, der verspricht, die Behandlung von gefährdeten Patienten zu revolutionieren.
Das neue Gerät ist tatsächlich kleiner als ein Reiskorn und stellt einen bedeutenden Fortschritt in der medizinischen Miniaturisierung dar. Dank der geringen Größe (nur 1,8 Millimeter breit, 3,5 Millimeter lang und 1 Millimeter dick) kann es mit einer Spritze auf nicht-invasive Weise in den Körper eingeführt werden.
"Wir haben den unseres Wissens kleinsten Herzschrittmacher der Welt entwickelt", erklärt John A. Rogers, ein Bioelektronik-Pionier an der Northwestern University. "Es besteht akuter Bedarf nach temporären Herzschrittmachern im Rahmen der Kinderherzchirurgie, und dies ist ein Anwendungsfall, bei dem eine Miniaturisierung der Größe unglaublich wichtig ist."
Fokus auf Babys mit Herzfehlern
Dieser winzige Herzschrittmacher entspricht einem besonders sensiblen medizinischen Bedarf: Neugeborene mit angeborenen Herzfehlern. Etwa 1 % der Kinder kommt mit einem Herzfehler zur Welt, unabhängig davon, ob sie in ressourcenarmen oder ressourcenreichen Ländern leben.
Igor Efimov, experimenteller Kardiologe an der Northwestern University und Co-Leiter der Studie, erklärt: "Unsere Hauptmotivation waren die Kinder. Die gute Nachricht ist, dass diese Kinder nach der Operation nur eine vorübergehende Stimulation benötigen. In etwa sieben Tagen werden sich die Herzen der meisten Patienten selbst reparieren. Aber diese sieben Tage sind absolut kritisch."
Innovative Operation mit Lichtaktivierung
Das System funktioniert über einen ausgeklügelten Mechanismus. Der winzige Schrittmacher wird in das Herz implantiert und arbeitet synchron mit einem externen tragbaren Gerät, das auf der Brust des Patienten angebracht wird.
Dieses externe Gerät überwacht ständig den Herzrhythmus, und wenn es Unregelmäßigkeiten feststellt, sendet es automatisch Infrarotlichtimpulse aus. Dieses Licht, das die Haut, das Brustbein und die Muskeln des Patienten durchdringt, aktiviert den internen Schrittmacher, der die zur Regulierung des Herzrhythmus erforderlichen elektrischen Impulse erzeugt.
Die Technologie macht sich die natürliche Fähigkeit des menschlichen Körpers zunutze, Infrarotlicht zu leiten, und schafft so eine nicht-invasive Brücke zwischen dem externen Gerät und dem internen Herzschrittmacher.
"Infrarotlicht kann den Körper sehr gut durchdringen", erklärt Dr. Efimov. "Wenn Sie eine Taschenlampe gegen Ihre Handfläche halten, sehen Sie das Licht auf der anderen Seite durchscheinen. Es zeigt sich, dass unser Körper ein hervorragender Lichtleiter ist."
Biologisch abbaubare Technologie
Einer der vielleicht revolutionärsten Aspekte dieses Geräts ist, dass es sich im Körper auf natürliche Weise auflöst, wenn es nicht mehr benötigt wird. Alle Komponenten sind biokompatibel, so dass sie sich allmählich in die Bioflüssigkeiten des Körpers auflösen und eine spätere chirurgische Entfernung völlig überflüssig wird.
Damit wird ein wesentliches Problem der derzeitigen temporären Herzschrittmacher gelöst, bei denen die Elektroden aus dem Brustkorb des Patienten herausragen und schließlich entfernt werden müssen, wobei das Risiko von Komplikationen wie Infektionen, Ablösung, Gewebeschäden, Blutungen und Blutgerinnseln besteht, die tödlich sein können.
Rogers erklärt: "Durch die Minimierung der Größe vereinfachen wir die Implantationsverfahren drastisch, verringern das Trauma und das Risiko für den Patienten und machen durch die Auflösbarkeit des Geräts eine sekundäre chirurgische Entfernung überflüssig."
Batteriebetrieb durch Körperflüssigkeiten
Um diese extrem geringe Größe zu erreichen, haben die Forscher die Energiequelle des Geräts völlig neu gedacht. Der Herzschrittmacher wird von einer galvanischen Zelle angetrieben, einer einfachen, aber effektiven Art von Batterie, die die chemische Energie unserer Körperflüssigkeiten in elektrische Energie umwandelt. Das Design verwendet zwei verschiedene Metalle als Elektroden, um elektrische Impulse zu erzeugen und an das Herz zu senden.
Diese Innovation macht herkömmliche Batterien oder Empfangsantennen überflüssig, was entscheidend zu der außergewöhnlichen Miniaturisierung des Geräts beitrug.
Vielseitigkeit und zukünftige Anwendungen
Trotz seiner winzigen Größe liefert dieser Herzschrittmacher genauso viele Stimulationsimpulse wie ein normaler Herzschrittmacher, was beweist, dass Größe nicht unbedingt gleichbedeutend mit Effizienz ist. Die Miniaturisierung ermöglicht es auch, mehrere dieser Geräte auf verschiedene Bereiche des Herzens zu verteilen und sie unabhängig voneinander mit verschiedenen Lichtfarben zu steuern, um eine ausgefeiltere Synchronisation zu erreichen, als dies bei herkömmlichen Herzschrittmachern möglich ist.
Diese bahnbrechende Technologie eröffnet der bioelektronischen Medizin eine breite Palette von Möglichkeiten, die weit über den Bereich des Herzens hinausgehen, darunter Anwendungen zur Unterstützung der Heilung von Nerven und Knochen, zur Behandlung komplexer Wunden und zur Unterdrückung chronischer Schmerzen durch spezifische, kontrollierte elektrische Stimuli.
Die Studie, die in der renommierten Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurde, zeigt die Wirksamkeit des Geräts in einer Reihe von großen und kleinen Tiermodellen sowie in menschlichen Herzen von verstorbenen Organspendern - und bietet damit gute Voraussetzungen für eine klinische Anwendung.