MIT mühendisleri, kalbi ultrason kullanarak uyarabilen invazif olmayan bir pacemaker geliştirdi. Bu tasarım, bir gün geleneksel kalp implantlarına cerrahi müdahale gerektirmeyen bir alternatif sunabilir.
Yeni cihaz, göğüste takılabilen küçük bir etiket olarak tasarlandı. Etiket üzerindeki minik transdüserler, kalbi uyarmak için göğüs üzerinden ultrason darbeleri gönderiyor. Ultrason dalgaları, kalp hücrelerinde belirli iyon kanallarının açılmasını tetikliyor; bu etki, araştırmacılar tarafından genetik mühendislik ile güçlendirildi. Kanallar açıldığında, kalsiyum içeri girebilir ve bu da bir kalp hücresinin kasılmasını ve atmasını sağlar.
Laboratuvar deneylerinde, araştırmacılar mühendislik ile geliştirilmiş insan kalp hücrelerine ultrason dalgaları uyguladı ve darbelerin hücrelerin sağlıklı kasılmalarını etkili bir şekilde sürdürdüğünü buldular. Ayrıca, ultrason etiketini sıçanlar üzerinde test ettiler ve cihazın hızlı, güvenli ve invazif olmayan bir şekilde aritmi düzelttiğini ve normal, düzenli kalp kasılmalarını geri kazandırdığını buldular.
Takım, ultrason etiketini (bir posta pulu boyutunda) ve ilgili piller ile elektroniği içeren küçük, cep boyutunda bir cihazı içeren bir prototip üretti. Aynı grup daha önce, derin organları ve dokuları görüntülemek için ultrason kullanan bir etiket tasarımını göstermişti. Şimdi, iki yaklaşımı birleştirerek kalbin aktivitesini aynı anda izleyen ve düzenleyen bir ultrason etiketi oluşturmayı planlıyorlar.
“Bir gün vücutta uzun süreli görüntüleme yapabilen ve aynı zamanda terapötik etkiler için uyarım yapabilen etiketler olabileceğine inanıyoruz, bu da invazif olmayan kapalı döngü bir şekilde gerçekleşecek,” diyor MIT'de makine mühendisliği ve inşaat ve çevre mühendisliği profesörü Xuanhe Zhao.
Zhao ve meslektaşları, Güney Kaliforniya Üniversitesi'nden Profesör Qifa Zhou'nun grubundan işbirlikçileri ile birlikte, sonuçlarını bugün Nature Biomedical Engineering dergisinde yayınladılar. Çalışmanın MIT'li yazarları arasında ilk yazar Chen Gong'un yanı sıra Runze Li, Won Jun Song ve eski doktora sonrası araştırmacılar Gengxi Lu, Shucong Li ve Hsiao-Chuan Liu yer alıyor. Diğer işbirlikçileri arasında Harvard Üniversitesi, Kaliforniya Üniversitesi Los Angeles ve USC'deki diğer gruplardan araştırmacılar bulunuyor.
Sağlıklı genler
Bugün, Amerika Birleşik Devletleri'nde yaklaşık 3 milyon yetişkin pacemaker kullanıyor. Küçük pil ile çalışan bu cihazlar, bir kişinin göğsüne cerrahi olarak yerleştiriliyor ve kalp atış hızını düzenlemek için elektriksel impulslar gönderiyor. İmplante edilebilir pacemaker'lar, iyi bilinen ve genellikle güvenli bir tıbbi tedavi olmasına rağmen, riskler taşımaktadır.
“Pacemaker'lar, en önemli ve yaygın olarak kullanılan insan implantlarından biridir ve milyonlarca hayat kurtarmıştır,” diyor makalenin ortak yazarlarından Gengxi Lu. “Ama bunlar invazif ve atan kalple doğrudan temas ediyorlar. Uzun yıllardır hayal edilen şey, ultrason ile invazif olmayan kalp uyarımıdır.”
Ultrason, vücuda güvenli bir şekilde nüfuz eden bir dizi akustik dalgayı kapsar. Ultrason dalgaları, vücut içindeki organları ve dokuları çözümlemek ve görüntülemek için teknisyenlerin belirli yollarla yansıttığı ve rezonansa girdiği yapılar üzerinde yansır. Ultrason ayrıca belirli terapötik etkileri uyarmak için yönlendirilebilir ve odaklanabilir; örneğin, bilim insanları Parkinson hastalığı, Alzheimer ve diğer beyin bozukluklarını tedavi etmek için ultrason kullanımını araştırıyorlar.
Bilim insanları ayrıca ultrasonun kalbe fayda sağlayabileceğini bulmuşlardır. Önceki hayvan çalışmalarında, odaklanmış ultrasonun kalp hücrelerini güvenli bir şekilde aktive edebileceği gösterilmiştir, ancak etki tutarsız ve zayıf olmuştur.
Zhao ve meslektaşları, ultrasonun kalp üzerindeki etkilerini artırmayı hedeflediler. Yeni çalışmalarında, ultrason genetiği uyguladılar; bu, belirli hücre parçalarını ışığa yanıt vermesi için genetik olarak manipüle etmeyi içeren optogenetikten esinlenen nispeten yeni bir yaklaşımdır. Benzer şekilde, ultrason genetiği, hücrelerin ses
