Команда ученых из Северо-Западного университета и Техасского университета в Остине (UT) разработала новый графеновый сердечный имплантат, который позволяет корректировать сбои в сердечном ритме.
Нарушения сердечного ритма
Нарушения сердечного ритма - сердечные аритмии - вызваны неправильной электрической сигнализацией в сердце, что заставляет его биться слишком быстро или слишком медленно. В некоторых случаях это может привести к сердечной недостаточности, инфаркту или даже внезапной смерти.
Сердечные аритмии обычно лечат имплантируемыми кардиостимуляторами и дефибрилляторами, которые отслеживают и корректируют аномальные ритмы. Но такие устройства довольно громоздкие. Они могут сдавливать сердце, вызывая повреждение тканей и дискомфорт. Также они повышают риск осложнений, таких как отек, перфорация, инфекция и появление сгустков крови.
Новый кардиостимулятор не имеет таких проблем, поскольку он настолько тонкий, что разработчики сравнивают его с «электронной татуировкой».
Электронная татуировка
Главный секрет устройства заключается в том, что оно сделано из графена - прочного, легкого, прозрачного биосовместимого «суперматериала».
По словам разработчиков, одна из главных проблем современных кардиостимуляторов и дефибрилляторов заключается в том, что их трудно прикрепить к поверхности сердца. Так, электроды стандартного ипланта-дефибриллятора представляют собой катушки, изготовленные из очень толстых проводов. Эти провода недостаточно гибкие и могут рваться при растяжении. Жесткие компоненты при контакте с мягкими тканями могут вызывать различные осложнения.
Напротив, мягкое и гибкое устройство из графена практически неощутимо. Оно тесно прилегает тканям сердца и принимает его форму, обеспечивая наилучший контакт.
Как это работает?
Для создания гаджета разработчики заключили электронную татуировку в гибкую кремниевую мембрану, затем поместили на нее золотую ленту толщиной приблизительно 10 микрон. Золото действует как связующее звено между графеном и электроникой, используемой для измерения и стимуляции сердца. Общая толщина устройства составила около 100 микрон. Для сравнения, среднестатистический человеческий волос имеет толщину около 70 микрон.
Исследователи протестировали устройство на крысах и обнаружили, что оно может очень точно ощущать аритмию, а затем проводить электрическую стимуляцию, не ограничивая естественные движения сердца. В ходе тестов гаджет стабильно проработал на активно бьющемся сердце в течение 60 дней.
Более того, прозрачность устройства является дополнительным бонусом. Это свойство позволяет использовать для мониторинга и контроля сердечного ритма не электричество, а свет. Такой подход называется оптокардиографией. Оптическая стимуляция является более точным способом коррекции аритмии. Также с помощью света можно отслеживать специфические ферменты и исследовать клетки сердца, нервов и мышц.
Таким образом, использование света может обеспечить новые способы для диагностики и лечения заболеваний сердца.
Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.
