Rozrusznik serca inny niż wszystkie, czyli jak studenci łączą technologię druku 3D z nowoczesną medycyną

Studenci z Wydziału Elektrotechniki i Informatyki Uniwersytetu Rice zaprezentowali projekt nowatorskiego rozrusznika serca, który pobudzałby mięsień sercowy przez szereg chipów o rozmiarze ziarenka ryżu rozmieszczonych w całym sercu. Chipy mają się komunikować przy pomocy fal radiowych z jednostką bazową umieszczoną pod skórą pacjenta. Studencka drużyna, ze swoim projektem nazwanym „Love and Pace”, wygrała Excellence in Capstone Engineering Design Award i dostała nagrodę pieniężną w kwocie 1000 USD podczas tegorocznych pokazów Engineering Design Showcase.

W przypadku niektórych rodzajów arytmii, bloków, czy innych dysfunkcji układu bodźcoprzewodzącego serca, optymalną terapią jest wszczepienie urządzenia, które będzie generować słabe impulsy elektryczne pobudzające mięsień, gwarantując miarową pracę przedsionków i komór w odpowiedniej częstości.

Istnieje wiele rodzajów rozruszników.W zależności od konkretnego przypadku, pacjent może na przykład potrzebować stałej stymulacji, zastępującej trwale uszkodzony układ bodźcoprzewodzący serca, synchronizacji skurczów przedsionków i komór serca, bądź wymagać jedynie automatycznej elektrostymulacji w przypadku nawracających częstoskurczy.

Liczba możliwych dysfunkcji dotykających któryś z elementów układu przewodzącego bodźce w mięśniu sercowym jest ogromna, a jeden pacjent może cierpieć na kilka różnych chorób serca, dlatego powstaje potrzeba opracowywania rozruszników zdolnych od precyzyjnego oddziaływania na ten układ. Wysoce pożądana jest też funkcja zbierania danych o przebiegu choroby do późniejszej analizy przez lekarza.

Tak powstał pomysł stworzenia rozrusznika w formie sieci umieszczonej w całym wnętrzu serca. Chipy w sieci działać mają zarówno jako czujniki, jak i stymulatory. Wszczepiona pod skórą jednostka kontrolująca zbiera z nich dane i steruje nimi za pomocą fal radiowych. Również fale radiowe służą do bezprzewodowego ładowania jednostki, co eliminuje konieczność wymiany baterii co kilkanaście lat, jak w przypadku zwykłych rozruszników.

Projekt jest pozornie prosty, jednak wymagał wsparcia kardiologów z Texas Heart Institute oraz profesorów związanych z technologiami uczenia się maszyn. Mimo to, nie można jeszcze rozrusznika nazwać choćby prototypem – na razie celem było jedynie udowodnienie koncepcji. Dalsze badania są już poza możliwościami Uniwersytetu.

W trakcie Engineering Design Showcase pokazane zostały możliwości rozrusznika z wykorzystaniem drukowanego w 3D wielkiego przekroju serca z symulowanym układem bodźcoprzewodzącym. Demonstrowany model służył do pokazania działania rozrusznika w momencie wykrycia patologii. Trzy różne patologie, indukowane wciśnięciem jednego z trzech znajdujących się przy modelu przycisków, dla obserwującego były widoczne jako światełka zapalające się w niektórych miejscach serca. Rozrusznik również wyposażony był w diody na chipach dla zaprezentowania działania mechanizmu.