光を利用したペースメーカーにより電池の必要性がなくなり、心臓がより自然に機能できるようになります

光を利用して、仲間たち そして私 ソーラーパネルのように動作するワイヤレスの超薄型ペースメーカーを設計しました。 この設計はバッテリーの必要性を排除するだけでなく、心臓の輪郭に合わせて成形することにより心臓の自然な機能の中断を最小限に抑えます。 私たちの最近の研究では、 Nature誌に掲載されましたは、心臓ペーシングなどの電気刺激を必要とする治療に対する新しいアプローチを提供します。

ペースメーカーは医療機器です 心臓のリズムを調節するために体内に埋め込まれます。 これらは、電池を備えた電子回路と、心筋を刺激するために心筋に固定されたリード線で構成されています。 ただし、リードが破損して組織に損傷を与える可能性があります。 リードの位置は一度埋め込まれると変更できないため、心臓の別の領域へのアクセスが制限されます。 ペースメーカーは硬い金属製の電極を使用しているため、次のような場合に組織を損傷する可能性があります。 手術後の心臓の再起動 または 不整脈の調節。

私たちのチームは、心臓の複数の領域を正確に刺激できる、リードレスでより柔軟なペースメーカーを構想しました。 そこで私たちは次のようなデバイスを設計しました。 光を生体電気に変換します、または心臓細胞が生成する電気信号。 人間の髪の毛よりも細い私たちのペースメーカーは、光ファイバーとシリコン膜でできています。 天研 とシカゴ大学の同僚 プリツカー分子工学大学院 開発に何年も費やしてきました。

ソーラー パネルと同様に、このペースメーカーは光によって電力を供給されます。

とは異なり 従来の太陽電池 通常、できるだけ多くのエネルギーを収集するように設計されていますが、私たちはデバイスを微調整して、光が当たった場所でのみ発電するようにし、正確に心拍を制御できるようにしました。 これは、光と電流を閉じ込めることができる非常に小さな孔の層を使用することで実現しました。 光で活性化される毛穴にさらされた心筋のみが刺激されます。

私たちのデバイスは非常に小さくて軽いため、胸を開けずに埋め込むことができます。 私たちはすることができました 無事移植に成功しました げっ歯類と成豚の心臓内で、さまざまな心筋の拍動を調整します。 なぜなら 豚の心臓 解剖学的に人間の心臓と似ており、この成果は私たちのデバイスが人々に伝わる可能性を示しています。

なぜそれが重要なのか

心臓病というのは、 世界中の主な死因。 毎年、 200万人以上 心臓の問題を治療するために開胸手術を受ける。 インプラント装置 心臓のリズムを調節し、心臓発作を防ぎます。

当社の超軽量デバイスは心臓の表面に優しく適合し、低侵襲刺激と改善されたペーシングと同期した収縮を可能にします。 術後の外傷と回復時間を短縮するために、当社のデバイスは低侵襲技術で埋め込むことができます。

まだ知られていないこと

現在、当社の技術は、手術後の心臓の再始動、心臓発作、心室除細動など、緊急の心臓病に対して最初に使用するのが最適です。 私たちは、人体におけるその長期的な効果と耐久性を研究し続けています。

体の内部環境は、 体液が豊富な 心臓の絶え間ない機械的動きによって妨げられるものです。 これにより、時間の経過とともにデバイスの機能が損なわれる可能性があります。

さらに、研究者は、医療機器への長時間の曝露に対して身体がどのように反応するかを完全には理解していません。 の形成 瘢痕組織 埋め込み後のデバイスの周囲にあると、感度が低下する可能性があります。 当社では、拒絶反応の可能性を減らすための特殊な表面処理と生体材料コーティングを開発しています。

デバイスが故障すると、人体が安全に吸収できる無毒な物質が生成されますが、 ケイ酸安全性と有効性を確保するには、長期にわたる移植に対する身体の反応を評価することが不可欠です。

次は何ですか

長期間の植込みを実現し、各患者に合わせてデバイスを調整するために、体内での自然な溶解速度を改良しています。 私たちは、デバイスをウェアラブル ペースメーカーとして互換性のあるものにするための機能強化を検討しています。 これには、光ファイバーを介してデバイスに接続されるワイヤレス発光ダイオード (LED) を皮膚の下に組み込むことが含まれます。

私たちの最終的な目標は、心臓ケアを超えて光電気シューティカルと呼ばれるものの範囲を広げることです。 これも 神経刺激、次のような神経変性状態を治療するための神経プロテーゼと疼痛管理 パーキンソン病。

の 研究概要 興味深い学術研究を短くまとめたものです。

李鵬珠 博士号を取得していますシカゴ大学プリツカー分子工学大学院の分子工学の候補者。 この記事はから転載されています 会話 の下で クリエイティブ・コモンズ・ライセンス。 読む 原著。