Marca-passo alimentado por luz elimina a necessidade de baterias e permite que o coração funcione de forma mais natural – nova pesquisa

Ao aproveitar a luz, meus colegas e eu projetamos um marcapasso ultrafino sem fio que funciona como um painel solar. Este design não apenas elimina a necessidade de baterias, mas também minimiza as interrupções na função natural do coração, moldando-se aos seus contornos. Nossa pesquisa, publicada recentemente na revista Naturezaoferece uma nova abordagem para tratamentos que requerem estimulação elétrica, como estimulação cardíaca.

Marcapassos são dispositivos médicos implantados no corpo para regular o ritmo cardíaco. Eles são compostos de circuitos eletrônicos com baterias e cabos ancorados no músculo cardíaco para estimulá-lo. No entanto, os eletrodos podem falhar e danificar o tecido. A localização dos eletrodos não pode ser alterada depois de implantados, limitando o acesso a diferentes regiões do coração. Como os marca-passos usam eletrodos metálicos rígidos, eles também podem danificar os tecidos ao reiniciar o coração após uma cirurgia ou ao regular a arritmia.

Nossa equipe imaginou um marca-passo sem eletrodo e mais flexível, que pudesse estimular com precisão diversas áreas do coração. Por isso, projetamos um dispositivo que transforma luz em bioeletricidade, ou sinais elétricos gerados pelas células cardíacas. Mais fino que um fio de cabelo humano, nosso marca-passo é feito de fibra óptica e membrana de silício que o laboratório Tian e colegas da Escola Pritzker de Engenharia Molecular da Universidade de Chicago passaram anos desenvolvendo.

Ao contrário das células solares convencionais, que normalmente são projetadas para coletar o máximo de energia possível, ajustamos nosso dispositivo para gerar eletricidade apenas em pontos onde a luz incide, para que possa regular com precisão os batimentos cardíacos. Fizemos isso usando uma camada de poros muito pequenos que podem reter luz e corrente elétrica. Apenas os músculos cardíacos expostos aos poros ativados pela luz são estimulados.

Como nosso dispositivo é tão pequeno e leve, ele pode ser implantado sem abrir o tórax. Conseguimos implantá-lo com sucesso nos corações de roedores e de um porco adulto, acompanhando as batidas de diferentes músculos cardíacos. Como os corações de porco são anatomicamente semelhantes aos corações humanos, esta conquista mostra o potencial do nosso dispositivo para ser traduzido para as pessoas.

Por que isso importa

As doenças cardíacas são a principal causa de morte em todo o mundo. Anualmente, mais de 2 milhões de pessoas são submetidas a cirurgias de coração aberto para tratar problemas cardíacos, inclusive para implantar dispositivos que regulam o ritmo cardíaco e previnem ataques cardíacos.

Nosso dispositivo ultraleve se adapta suavemente à superfície do coração, permitindo estimulação menos invasiva e melhor estimulação e contração sincronizada. Para reduzir o trauma pós-operatório e o tempo de recuperação, nosso dispositivo pode ser implantado com uma técnica minimamente invasiva.

O que ainda não se sabe

Atualmente, nossa tecnologia é melhor usada primeiro para problemas cardíacos urgentes, incluindo reinicialização do coração após cirurgia, ataque cardíaco e desfibrilação ventricular. Continuamos a explorar seus efeitos a longo prazo e durabilidade no corpo humano.

O ambiente interno do corpo é rico em fluidos que são perturbados pelo constante movimento mecânico do coração. Isto poderia comprometer potencialmente a funcionalidade do dispositivo ao longo do tempo.

Além disso, os investigadores não compreendem completamente como o corpo reage à exposição prolongada a dispositivos médicos. A formação de tecido cicatricial ao redor do dispositivo após a implantação pode diminuir sua sensibilidade. Estamos desenvolvendo tratamentos de superfície especiais e revestimentos de biomateriais para diminuir a probabilidade de rejeição.

Embora a quebra do nosso dispositivo resulte numa substância não tóxica que o corpo pode absorver com segurança, chamada ácido silícico, avaliar como o corpo responde à implantação prolongada é essencial para garantir a segurança e a eficácia.

Qual é o próximo

Para conseguir uma implantação a longo prazo e adaptar o dispositivo a cada paciente, estamos refinando a taxa com que ele se dissolve naturalmente no corpo. Estamos explorando melhorias para tornar o dispositivo compatível como marcapasso vestível. Isto envolve a integração de um diodo emissor de luz sem fio, ou LED, sob a pele que está conectado ao dispositivo através de uma fibra óptica.

Nosso objetivo final é ampliar o escopo do que chamamos de fotoeletrocêuticos além dos cuidados cardíacos. Isso inclui neuroestimulação, neuropróteses e controle da dor para tratar doenças neurodegenerativas, como a doença de Parkinson.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.