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Il pacemaker senza batteria potrebbe trattare più patologie cardiache
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La fibrillazione atriale, una forma di battito cardiaco irregolare, causa ogni anno più di 454.000 ricoveri e quasi 160.000 decessi negli Stati Uniti. Durante la fibrillazione atriale, le camere superiori e inferiori del cuore battono in modo asincrono. Un pacemaker risolve questo problema, riportando il cuore a un ritmo sincronizzato. Quando lo fa, scuote tutte le cellule del cuore, compresi i recettori del dolore.
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Questo perché i pacemaker funzionano impiantando nel cuore uno o due elettrocateteri che forniscono punti di contatto limitati. In alternativa, i ricercatori dell'Università dell'Arizona hanno sviluppato un pacemaker a rete flessibile che abbraccia l'intero cuore. Inoltre, si rivolge solo ai cardiomiociti, le cellule del muscolo che innescano la contrazione e costituiscono il battito del cuore.
"Mentre ora dobbiamo dare la scossa a tutto il cuore, questi nuovi dispositivi possono avere un bersaglio molto più preciso, rendendo la defibrillazione più efficace e meno dolorosa", ha dichiarato Igor Efimov, professore di ingegneria biomedica e medicina alla Northwestern University, dove i dispositivi sono stati testati in laboratorio. "Questa tecnologia potrebbe semplificare la vita dei pazienti di tutto il mondo, aiutando al contempo scienziati e medici a capire meglio come monitorare e trattare la malattia"
Il pacemaker, progettato nel laboratorio di Philipp Gutruf dell'Università dell'Arizona, si basa sulla luce per inviare segnali mirati utilizzando una maglia realizzata digitalmente. Il modello di rete è costituito da quattro strutture a forma di petalo fatte di pellicola sottile e flessibile, che contengono sorgenti luminose e un elettrodo di registrazione. I petali, appositamente progettati per adattarsi al modo in cui il cuore cambia forma durante il battito, si ripiegano intorno ai lati dell'organo per avvolgerlo.
"Questo dispositivo è dotato di un computer a bordo del quale è possibile inserire diversi algoritmi che consentono di ritmare in modo più sofisticato. È fatto per la ricerca", ha detto Gutruf.
Poiché il sistema utilizza la luce per influenzare il cuore, anziché i segnali elettrici, il dispositivo può continuare a registrare informazioni anche quando il pacemaker deve defibrillare. Negli attuali pacemaker, il segnale elettrico della defibrillazione può interferire con le capacità di registrazione, lasciando ai medici un quadro incompleto degli episodi cardiaci.
Un altro grande vantaggio del nuovo pacemaker è che non richiede una batteria. Attualmente, i pazienti con pacemaker tradizionali devono sostituire la batteria ogni 5-7 anni. Sebbene l'intervento chirurgico per sostituire la batteria di un pacemaker sia meno complesso del posizionamento iniziale del dispositivo, è comunque considerato invasivo. Inoltre, gli attuali pacemaker possono essere utilizzati solo per trattare alcuni tipi specifici di malattie, mentre la flessibilità del nuovo dispositivo gli consentirebbe di rispondere a varie irregolarità in modo più appropriato.
Come descritto nell'articolo pubblicato su Science Advances, il nuovo pacemaker ha dimostrato di avere successo sia in modelli di topi ex vivo che in vivo, anche se il team di ricerca ha dovuto miniaturizzare il dispositivo a causa dello spazio disponibile nei piccoli animali.
"Questa classe di dispositivi consente nuovi modelli di insufficienza cardiaca e offre una piattaforma per testare paradigmi terapeutici in tempo reale su scale temporali croniche, fornendo strumenti per controllare la funzione cardiaca in modo continuo per tutta la vita del soggetto", concludono i ricercatori.