Marcapasso sem bateria e alimentado por luz pode melhorar a qualidade de vida de pacientes com doenças cardíacas

A fibrilação atrial – uma forma de batimento cardíaco irregular ou arritmia – leva a mais de 454.000 hospitalizações e quase 160.000 mortes nos Estados Unidos a cada ano. Globalmente, estima-se que aproximadamente 60 milhões de pessoas sejam afetadas pela doença.

Marca-passos são dispositivos que salvam vidas que regulam os batimentos cardíacos de pessoas com doenças cardíacas crônicas como fibrilação atrial e outras formas de arritmia. No entanto, marcapasso a implantação é um procedimento invasivo, e a estimulação que salva vidas proporcionada pelos dispositivos pode ser extremamente dolorosa. Adicionalmente, marcapassos só pode ser usado para tratar alguns tipos específicos de doenças.

Em um artigo publicado em Avanços da ciênciauma equipe de pesquisadores liderada pela Universidade do Arizona detalha o funcionamento de um marca-passo sem fio e sem bateria que eles projetaram que poderia ser implantado com um Procedimento invasivo do que atualmente é possível e causaria menos dor aos pacientes. O estudo foi dirigido por pesquisadores do Laboratório Gutruf, liderado pelo professor assistente de engenharia biomédica e membro da Faculdade Craig M. Berge Philipp Gutruf.

Os marcapassos atualmente disponíveis funcionam implantando um ou dois eletrodos, ou pontos de contato, no coração com ganchos ou parafusos. Se os sensores nestes cabos detectarem uma irregularidade perigosa, eles enviarão um choque elétrico através do coração para redefinir a batida.

“Todas as células dentro do coração são atingidas ao mesmo tempo, incluindo os receptores de dor, e é isso que torna a estimulação ou a desfibrilação dolorosa”, disse Gutruf. “Isso afeta o músculo cardíaco como um todo.”

O dispositivo desenvolvido pela equipe de Gutruf, que ainda não foi testado em humanos, permitiria que os marcapassos enviassem sinais muito mais direcionados usando um novo design de malha fabricado digitalmente que abrange todo o coração. O dispositivo usa luz e uma técnica chamada optogenética.

A optogenética modifica as células, geralmente neurônios, sensíveis à luz, e então usa a luz para afetar o comportamento dessas células. Esta técnica tem como alvo apenas os cardiomiócitos, as células do músculo que desencadeiam a contração e compõem a batida do coração. Essa precisão não apenas reduzirá a dor dos pacientes com marcapasso, ignorando os receptores de dor do coração, mas também permitirá que o marcapasso responda a diferentes tipos de irregularidades de maneira mais apropriada. Por exemplo, durante a fibrilação atrial, as câmaras superior e inferior do coração batem de forma assíncrona, e o papel do marcapasso é colocar as duas partes de volta na linha.

“Enquanto agora, temos que chocar todo o coração para fazer isso, esses novos dispositivos podem fazer direcionamento muito mais preciso, tornando a desfibrilação mais eficaz e menos dolorosa”, disse Igor Efimov, professor de engenharia biomédica e medicina da Northwestern University. onde os dispositivos foram testados em laboratório. “Esta tecnologia pode facilitar a vida de pacientes em todo o mundo, além de ajudar cientistas e médicos a aprender mais sobre como monitorar e tratar a doença”.

A malha flexível abrange o coração

Para garantir a sinais de luz pode atingir muitas partes diferentes do coração, a equipe criou um projeto que envolve o órgão, em vez de implantar eletrodos que fornecem pontos de contato limitados.

O novo modelo de marcapasso consiste em quatro estruturas semelhantes a pétalas feitas de filme fino e flexível, que contém fontes de luz e um eletrodo de registro. As pétalas, especialmente projetadas para acomodar a forma como o coração muda de forma à medida que bate, dobram-se nas laterais do órgão para envolvê-lo, como uma flor se fechando à noite.

“Os marcapassos atuais registram basicamente um limiar simples, e eles lhe dirão: ‘Isso está entrando em arritmia, agora choque'”, disse Gutruf. “Mas este dispositivo tem um computador a bordo onde você pode inserir diferentes algoritmos que permitem que você ande de uma maneira mais sofisticada. Ele é feito para pesquisa.”

Como o sistema usa a luz para afetar o coração, em vez de sinais elétricos, o dispositivo pode continuar gravando informações mesmo quando o marcapasso precisa ser desfibrilado. Nos marcapassos atuais, o sinal elétrico da desfibrilação pode interferir na capacidade de registro, deixando os médicos com uma imagem incompleta dos episódios cardíacos. Além disso, o dispositivo não requer bateria, o que pode evitar que pacientes com marcapasso precisem substituir a bateria do dispositivo a cada cinco a sete anos, como é a norma atualmente.

A equipe de Gutruf colaborou com pesquisadores da Northwestern University no projeto. Embora a versão atual do dispositivo tenha sido demonstrada com sucesso em modelos animais, os pesquisadores esperam continuar seu trabalho, o que pode melhorar a qualidade de vida de milhões de pessoas.