Onderzoekers zijn er in geslaagd een draadloze, ultradunne pacemaker te ontwikkelen die werkt als een zonnepaneel, zodat batterijen niet meer nodig zijn. En doordat het apparaatje zo dun is, past het zich aan aan de vorm van het hart, zodat de normale werking van het hart zo min mogelijk wordt verstoord. Het bijbehorende onderzoek werd onlangs gepubliceerd in het vakblad Nature.
Een pacemaker bestaat uit een elektronisch circuit, een batterij en leads waarmee het apparaatje op de hartspier wordt aangesloten. Deze leads kunnen het weefsel echter beschadigen en de plek van de leads kan na implantatie niet meer worden veranderd, waardoor de toegang tot andere delen van het hart beperkt is. Ook kunnen de stugge, metalen elektroden van een pacemaker het weefsel beschadigen als het hart weer op gang wordt gebracht na een operatie of als wordt ingegrepen bij aritmie.
De onderzoekers wilden een flexibelere pacemaker zonder leads ontwikkelen die heel nauwkeurig meerdere delen van het hart kon stimuleren. De pacemaker is dunner dan een menselijke haar en is gemaakt van een optische vezel en siliconen membraan waar het Tian Lab en onderzoekers van de Pritzker School of Molecular Engineering van de University of Chicago jarenlang aan hebben gewerkt.
Licht en bio-elektriciteit
De door de onderzoekers ontwikkelde pacemaker zet licht om in bio-elektriciteit: elektrische signalen die hartcellen genereren. In tegenstelling tot conventionele zonnecellen, die meestal zijn ontworpen om zoveel mogelijk energie op te vangen, genereert deze pacemaker alleen elektriciteit op plekken waar licht wordt opgevangen, zodat de hartslag heel nauwkeurig kan worden gereguleerd. Hiertoe is een laagje zeer kleine poriën aangebracht die licht en elektrische stroom kunnen opvangen. Alleen hartspieren die worden blootgesteld aan door licht geactiveerde poriën, worden gestimuleerd.
Omdat de pacemaker zo klein en licht is, kan het worden geïmplanteerd zonder de borst te openen. De pacemaker is al met succes geïmplanteerd in het hart van knaagdieren en een volwassen varken. Omdat het hart van een varken anatomisch sterk overeenkomt met dat van de mens, is de kans groot dat de pacemaker ook zal werken bij mensen.
Langetermijneffecten batterijloze pacemaker
Naar de langetermijneffecten van de pacemaker wordt nog onderzoek gedaan. In het lichaam zitten allerlei vloeistoffen die voortdurend in beweging zijn door de mechanische samentrekkingen van het hart. Dit kan de werking van het apparaat na verloop van tijd verstoren. Bovendien is nog niet helemaal bekend hoe het lichaam reageert op langdurige blootstelling aan het apparaatje. Door littekenweefselvorming rond de pacemaker na implantatie kan de gevoeligheid van het apparaatje verminderen. De onderzoekers werken momenteel aan speciale oppervlaktebehandelingen en coatings van biomaterialen om de kans op afstoting te verkleinen.
Wanneer het apparaatje door het lichaam wordt afgebroken, komt silicium vrij, een stof die niet giftig is en geen kwaad kan in het lichaam. Toch moet nog worden geëvalueerd hoe het lichaam reageert op langdurige implantatie om de veiligheid en werkzaamheid te waarborgen. De onderzoekers bekijken nu hoe ze ervoor kunnen zorgen dat de pacemaker minder snel oplost in het lichaam, zodat het langer kan blijven zitten. Uiteindelijk willen de onderzoekers foto-elektroceutica (de techniek waarop deze batterijloze pacemaker is gebaseerd) ook gaan gebruiken voor onder andere neurostimulatie, neuroprothesen en pijnbestrijding om aandoeningen zoals Parkinson te behandelen.
De ontwikkeling van de pacemaker heeft de afgelopen 92 jaar een vlucht gemaakt die dit medisch device heeft doen evolueren van een externe kast tot minuscuul, soms zelfs oplosbaar, apparaatje. De ontwikkeling van een pacemaker die zijn eigen stroom kan opwekken is de volgende stap.
