(Pacemaker-Immagine:un’illustrazione del pacemaker transitorio montato sul tessuto miocardico. Credito: Northwestern University/George Washington Universit).
I ricercatori delle Università Northwestern e George Washington (GW) hanno sviluppato il primo pacemaker transitorio: un dispositivo di stimolazione wireless, senza batterie e completamente impiantabile che scompare quando non è più necessario.
Il dispositivo sottile, flessibile e leggero può essere utilizzato in pazienti che necessitano di stimolazione temporanea dopo un intervento di cardiochirurgia o in attesa di un pacemaker permanente. Tutti i componenti del pacemaker sono biocompatibili e si assorbono naturalmente nei biofluidi del corpo nel corso di cinque-sette settimane, senza bisogno di estrazione chirurgica.
Il dispositivo raccoglie energia in modalità wireless da un’antenna remota esterna utilizzando protocolli di comunicazione near-field, la stessa tecnologia utilizzata negli smartphone per i pagamenti elettronici e nei tag RFID. Ciò elimina la necessità di batterie ingombranti e hardware rigido, inclusi cavi (o cavi). Gli elettrodi non solo possono introdurre infezioni, ma possono anche avvolgersi in tessuto cicatriziale, causando ulteriori danni quando vengono rimossi.
Lo studio è stato pubblicato il 28 giugno sulla rivista Nature Biotechnology. Il documento dimostra l’efficacia del dispositivo su una serie di modelli animali grandi e piccoli.
“L’hardware posizionato dentro o vicino al cuore crea rischi di infezione e altre complicazioni”, ha affermato John A. Rogers della Northwestern, che ha guidato lo sviluppo del dispositivo. “I nostri pacemaker wireless e transitori superano i principali svantaggi dei dispositivi temporanei tradizionali eliminando la necessità di elettrocateteri percutanei per le procedure di estrazione chirurgica, offrendo così la possibilità di ridurre i costi e migliorare i risultati nella cura del paziente. Questo tipo insolito di dispositivo potrebbe rappresentare il futuro dei dispositivi temporanei”.
“A volte i pazienti hanno bisogno di pacemaker solo temporaneamente, dopo un intervento chirurgico a cuore aperto, un infarto o un’overdose di farmaci”, ha affermato il Dott. Rishi Arora, cardiologo della Northwestern Medicine che ha co-diretto lo studio. “Dopo che il cuore del paziente si è stabilizzato, possiamo rimuovere il pacemaker. L’attuale standard di cura prevede l’inserimento di un filo, che rimane in posizione da tre a sette giorni. Questo filo può essere infettato o rimosso. La piattaforma elettronica transitoria apre un capitolo completamente nuovo nella medicina e nella ricerca biomedica“, ha affermato Igor Efimov di GW, che ha co-diretto lo studio con Rogers e Arora. “I materiali bioriassorbibili alla base di questa tecnologia consentono di creare tutta una serie di dispositivi transitori diagnostici e terapeutici per monitorare la progressione di malattie e terapie, fornendo terapie elettriche, farmacologiche, cellulari, riprogrammazione genica e altro ancora”.
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Abbandonare lead restrittivi e rischiosi
Attualmente, per impostare una stimolazione temporanea dopo un intervento a cuore aperto, i chirurghi devono cucire pacemaker temporanei sul muscolo cardiaco durante l’intervento. Questi hanno cavi che escono dalla parte anteriore del torace del paziente, collegandosi a una scatola di stimolazione esterna che fornisce una corrente per controllare il ritmo cardiaco.,Quando il pacemaker temporaneo non è più necessario, i medici rimuovono gli elettrodi del pacemaker. Sebbene non comuni, le potenziali complicanze dei pacemaker temporanei impiantati includono infezioni, dislocazione, tessuti strappati o danneggiati, sanguinamento e coaguli di sangue.
Con il pacemaker transitorio della Northwestern e GW, chirurghi e pazienti possono evitare questa procedura potenzialmente rischiosa. Il dispositivo completamente impiantabile è leggero e sottile: 250 micron di spessore e pesa meno di mezzo grammo. Morbido e flessibile, incapsula elettrodi che laminano dolcemente sulla superficie del cuore per fornire un impulso elettrico.
“Invece di utilizzare fili che possono essere infettati e dislocati, possiamo impiantare questo pacemaker biocompatibile”, ha detto Arora. “Il circuito viene impiantato direttamente sulla superficie del cuore e possiamo attivarlo a distanza. In un periodo di settimane, questo nuovo tipo di pacemaker si “dissolve” o si degrada da solo, evitando così la necessità di rimozione fisica del pacemaker. Questa è potenzialmente una vittoria importante per i pazienti post-operatori. Con ulteriori modifiche, alla fine potrebbe essere possibile impiantare tali pacemaker bioriassorbibili attraverso una vena della gamba o del braccio”, ha aggiunto. “In questo caso, potrebbe anche essere possibile fornire una stimolazione temporanea ai pazienti che hanno subito un infarto o ai pazienti sottoposti a procedure basate su catetere, come la sostituzione della valvola aortica trans-catetere”.
Dare priorità al comfort del paziente
Il cardiochirurgo della Northwestern Medicine, il Dottor Duc Thinh Pham, che non è stato coinvolto nella ricerca, immagina che un pacemaker transitorio indubbiamente renderebbe i suoi pazienti più a loro agio. Con gli attuali pacemaker, i pazienti spesso avvertono disagio per giorni dopo l’inserimento degli elettrocateteri. Quindi, devono limitare i loro movimenti e attività per evitare che i cavi si spostino. “Questo pacemaker transitorio è eccezionale”, ha affermato Pham, che ha eseguito più di 2.000 interventi di cardiochirurgia nel corso della sua carriera. “Oltre ad affrontare il problema principale dei pazienti occasionali post-operatori cardiaci che necessitano di stimolazione temporanea a causa di blocchi o aritmie, il dispositivo affronta il problema secondario del comfort del paziente, della capacità di muoversi liberamente e di riabilitarsi. In caso di successo, questo dispositivo migliorerà notevolmente un il decorso post-operatorio del paziente“.
Atto di scomparsa
Questo è il secondo esempio di medicina elettronica bioriassorbibile dal laboratorio Rogers, che studia l’elettronica transitoria da oltre un decennio. Nel 2018, Rogers e colleghi hanno realizzato il primo dispositivo elettronico bioriassorbibile al mondo, un impianto biodegradabile che accelera la rigenerazione dei nervi. I dispositivi bioriassorbibili del team sono completamente innocui, simili ai punti riassorbibili. Dopo essersi completamente degradati, i dispositivi scompaiono completamente attraverso i processi biologici naturali del corpo.
“C’è chiaramente la necessità di pacemaker cardiaci temporanei migliori”, ha affermato il Dottor Bradley Knight, professore di cardiologia presso Chester C. e Deborah M. Cooley a Feinberg e coautore dello studio. “Quando ho appreso per la prima volta dello stimolatore nervoso bioriassorbibile, ho contattato il Professor Rogers per esplorare la possibilità di utilizzare questa tecnologia per stimolare il cuore. Aveva già iniziato a lavorare con il Dott. Efimov per sviluppare una versione ridotta di un pacemaker bioriassorbibile come prova di concetto. Abbiamo quindi lavorato con entrambi i team per sviluppare una versione più grande di un pacemaker cardiaco bioriassorbibile, senza piombo, che potesse essere efficace su scala umana. È un ottimo esempio di ciò che possiamo creare alla Northwestern unendo le competenze in ingegneria e medicina”.
A seconda del paziente, potrebbe essere necessario un pacemaker temporaneo da un paio di giorni a diverse settimane. Variando la composizione e lo spessore dei materiali nel dispositivo, il team di Rogers può controllare il numero preciso di giorni in cui rimane funzionante prima di dissolversi.
“Costruiamo questi dispositivi con diversi tipi di materiali sicuri e bioriassorbibili e in architetture ottimizzate per garantire un funzionamento stabile per un periodo di tempo un po’ più lungo di quanto sia clinicamente necessario”, ha affermato Rogers. “Possiamo adattare i dispositivi per affrontare un ampio spettro di vite rilevanti. Le tecnologie transitorie, in generale, potrebbero un giorno fornire terapia o trattamento per un’ampia varietà di condizioni mediche, servendo, in un certo senso, come una forma ingegneristica della medicina”.
Fonte:Nature
