Onderzoek toont voor het eerst aan dat een innovatieve zelfaangedreven pacemaker met succes is getest bij varkens
Ons hart handhaaft zijn ritme dankzij de interne pacemaker , de sinoatriale knoop (SA-knoop), ook wel sinusknoop genoemd, die zich in de rechterbovenkamer bevindt. Deze interne pacemaker geeft 60 tot 100 keer per minuut een elektrische lading af. Deze energie zorgt voor samentrekkingen in de hartspieren, waardoor ons hart bloed door ons lichaam kan pompen. Naarmate we ouder worden of ziek worden, kan deze interne pacemaker het hart niet meer goed laten kloppen. Een onregelmatige hartslag wordt ook veroorzaakt door een aandoening genaamd aritmie, waarbij de hartslag vertraagt. Om dit verlies te compenseren, kan een traditionele hartpacemaker – een elektronisch apparaat op batterijen – operatief bij een patiënt worden geïmplanteerd om de hartslag te reguleren en het hart stabiel te laten kloppen.
Een traditionele pacemaker
Het apparaat bestaat uit een op batterijen werkende pulsgenerator die onder de huid bij het sleutelbeen wordt geïmplanteerd. Het heeft ook geïsoleerde draden die het apparaat met het hart verbinden. Het elektronische circuit genereert elektrische signalen die via elektroden aan het hart worden afgegeven. De pacemaker is een levensreddend apparaat; een belangrijke beperking van de huidige pacemaker is echter dat ze tussen de 5 en 12 jaar na plaatsing op elk moment moeten worden vervangen vanwege de beperkte levensduur van de batterij. De implantatie kan alleen worden gedaan via een invasieve operatie waarbij lokale anesthesie wordt gebruikt, wat op zichzelf een uitdaging is omdat de borstholte van een patiënt moet worden geopend. Chirurgie is niet alleen duur, maar verhoogt ook het risico van de patiënt op complicaties, infecties of zelfs bloedingen. Er is een ander type kleine pacemaker ontworpen die via een katheter kan worden geïmplanteerd, zonder operatie, maar het wordt nog steeds getest.
Onderzoekers richten zich op de ontwikkeling van pacemakers die, in plaats van batterijen, natuurlijke energie uit de hartslag van een persoon kunnen gebruiken. Theoretisch gezien hoeft zo'n pacemaker niet te worden vervangen nadat deze bij een patiënt is geïmplanteerd. Pacemakers op plutonium zijn al tientallen jaren geleden geproduceerd. Het experimentele ontwerp van nieuwe pacemakers stuitte tot nu toe op verschillende beperkingen, zoals een rigide ontwerpstructuur die het vermogen beperkt en complicaties bij miniaturisatie.
Een innovatieve batterijloze pacemaker met een uniek design
In een nieuwe studie, gepubliceerd in ACS Nano, hebben onderzoekers van het National Key Laboratory for Science and Technology in Shanghai, China, een nieuw, klein pacemakerapparaat ontworpen dat kan worden aangedreven door de energie van de eigen hartslag. Ze hebben dit apparaat met succes getest op varkens. Het nieuwe apparaat kan onder het hart worden geplaatst in plaats van bij het sleutelbeen, zoals bij conventionele pacemakers. De pacemaker is gebaseerd op een ideale symbiotische relatie tussen het hart en het apparaat.
Het ontwerp van deze nieuwe pacemaker begon met het maken van een klein, flexibel plastic frame. Dit frame werd voorzien van piëzo-elektrische lagen die, door buiging, energie opwekken. Dit onderdeel, de zogenaamde energie-oogster, werd op een chip geplaatst. Het apparaat werd geïmplanteerd bij varkens en men zag dat de eigen hartslag van de dieren de vorm van het frame kon veranderen (buigen), waardoor voldoende energie (vermogen) werd opgewekt, vergelijkbaar met een pacemaker op batterijen . Dankzij het flexibele plastic frame kan het apparaat meer energie uit het hart opvangen dan traditionele pacemakers met een harde behuizing.
Omdat de fysiologie van mensen sterk lijkt op die van varkens, zou deze pacemaker ook bij mensen goed kunnen werken. Onderzoekers wijzen echter op enkele technische problemen die moeten worden aangepakt. Zo bestaat het apparaat uit drie afzonderlijke technologieën – een energieoogster, een pacemakerchip en draden – die in één apparaat moeten worden geïntegreerd. Verdere tests bij dieren en vervolgens bij mensen kunnen de stabiliteit van het apparaat op de lange termijn bevestigen. Een dergelijk apparaat vereist, indien succesvol, slechts eenmaal een invasieve operatie, waardoor het risico op complicaties voor de patiënt wordt verlaagd. Een belangrijke beperking van dit nieuwe apparaat zou kunnen zijn dat artsen patiënten mogelijk niet op afstand kunnen monitoren, zoals bij pacemakers op batterijen.
***
Bron (nen)
Ning L et al. 2019. Directe voeding van een echte hartpacemaker door natuurlijke energie van een hartslag. ACS Nano . https://doi.org/10.1021/acsnano.8b08567
***
