Grazie agli scienziati delle università Northwestern e George Washington (GW), la tecnologia biomedica ha raggiunto un importante risultato: è stato sviluppato il primo pacemaker transitorio capace di autodissorlversi nell’organismo in modo del tutto innocuo, dopo avere svolto il suo compito.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista scientifica Nature Biotechnology.
Pacemaker transitorio: com’è e come funziona
Si tratta di un dispositivo sottile, flessibile e leggero, provvisto di stimolazione wireless, senza batterie e completamente impiantabile che scompare quando non è più necessario. L’obiettivo è quello di impiantarlo in in pazienti che necessitano di stimolazione temporanea dopo un intervento cardiochirurgico o in attesa di un pacemaker permanente.
Tutti i componenti del pacemaker provvisorio sono biocompatibili e si assorbono naturalmente nei biofluidi del corpo nel corso di cinque-sette settimane, senza bisogno di espianto chirurgico.
Il dispositivo raccoglie energia in modalità wireless da un’antenna esterna remota utilizzando protocolli di comunicazione near-field, la stessa tecnologia utilizzata negli smartphone per i pagamenti elettronici e nei tag RFID. Questa dinamica elimina la necessità di batterie ingombranti e hardware rigido, inclusi i cavi che possono introdurre infezioni, ma possono anche rimanere avvolti nel tessuto cicatriziale, causando ulteriori danni una volta rimossi.
John A. Rogers della Northwestern, che ha guidato lo sviluppo del dispositivo, ha dichiarato: “L’hardware posizionato dentro o vicino al cuore crea rischi di infezione e altre complicazioni. 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 tecnologia del ritmo”.
il dott. Rishi Arora, cardiologo della Northwestern Medicine che ha co-diretto lo studio, ha spiegato: “A volte i pazienti hanno bisogno di pacemaker solo temporaneamente, forse dopo un intervento chirurgico a cuore aperto, un infarto o un’overdose di farmaci. 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. Questi possono essere infettati o rimossi”.
“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”.
Ad oggi, per impostare una stimolazione temporanea dopo un intervento a cuore aperto, i chirurghi devono cucire elettrodi di un pacemaker temporaneo sul muscolo cardiaco. 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. Una volta che 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 sviluppato dai ricercatori delle università 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 delicatamente sulla superficie del cuore per fornire un impulso elettrico.
“Invece di utilizzare fili che possono essere infettati e rimossi, possiamo impiantare questo pacemaker biocompatibile senza piombo”, ha specificato Arora. “Il circuito viene impiantato direttamente sulla superficie del cuore e possiamo attivarlo da remoto. 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. elettrodi 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”.
Il cardiochirurgo della Northwestern Medicine, il dottor Duc Thinh Pham, che non ha partecipato allo sviluppo del dispositivo , ha ipotizzato 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. Se avrà successo, questo dispositivo migliorerà notevolmente un il decorso post-operatorio del paziente”.
Pacemaker transitorio: ecco come scompare dall’organismo
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 dimostrato 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, il professore di cardiologia di 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”.
