Rung tâm nhĩ – một dạng nhịp tim không đều hoặc rối loạn nhịp tim – dẫn đến hơn 454.000 ca nhập viện và gần 160.000 ca tử vong ở Hoa Kỳ mỗi năm. Trên toàn cầu, ước tính có khoảng 60 triệu người bị ảnh hưởng bởi tình trạng này.
Máy tạo nhịp tim là thiết bị cứu sinh điều chỉnh nhịp tim của những người mắc bệnh tim mãn tính như rung tâm nhĩ và các dạng rối loạn nhịp tim khác.
>> Tham khảo: Đột phá mới trong truyền dẫn thông tin quang học.
Tuy nhiên, cấy ghép máy tạo nhịp tim là một thủ thuật xâm lấn và việc tạo nhịp tim cứu sống mà các thiết bị mang lại có thể cực kỳ đau đớn. Ngoài ra, máy tạo nhịp tim chỉ có thể được sử dụng để điều trị một số loại bệnh cụ thể.
Trong một bài báo đăng trên tạp chí Science Advances hôm thứ Tư, một nhóm các nhà nghiên cứu do Đại học Arizona đứng đầu đã trình bày chi tiết về hoạt động của máy tạo nhịp tim không dây, không dùng pin mà họ thiết kế có thể được cấy ghép bằng một quy trình ít xâm lấn hơn hiện tại và sẽ khiến bệnh nhân ít đau hơn.
Nghiên cứu được chỉ đạo bởi các nhà nghiên cứu trong Phòng thí nghiệm Gutruf, đứng đầu là trợ lý giáo sư kỹ thuật y sinh và Philipp Gutruf, thành viên Khoa Craig M. Berge.
Các máy tạo nhịp tim hiện có hoạt động bằng cách cấy một hoặc hai dây dẫn, hoặc các điểm tiếp xúc, vào tim bằng móc hoặc vít. Nếu các cảm biến trên các dây dẫn này phát hiện ra sự bất thường nguy hiểm, chúng sẽ gửi một cú sốc điện qua tim để thiết lập lại nhịp đập.
>> Tham khảo: Pin mặt trời siêu mỏng hứa hẹn cải thiện hiệu suất vệ tinh.
Gutruf nói: “Tất cả các tế bào bên trong tim đều bị tấn công cùng một lúc, bao gồm cả các thụ thể đau, và đó là nguyên nhân khiến việc tạo nhịp hoặc khử rung tim trở nên đau đớn. “Nó ảnh hưởng đến toàn bộ cơ tim.”
Thiết bị mà nhóm của Gutruf đã phát triển, chưa được thử nghiệm trên người, sẽ cho phép máy điều hòa nhịp tim gửi nhiều tín hiệu được nhắm mục tiêu hơn bằng cách sử dụng thiết kế lưới được sản xuất kỹ thuật số mới bao trùm toàn bộ trái tim. Thiết bị này sử dụng ánh sáng và một kỹ thuật gọi là optogenetics.
Kỹ thuật quang di truyền điều chỉnh các tế bào, thường là tế bào thần kinh, nhạy cảm với ánh sáng, sau đó sử dụng ánh sáng để tác động đến hoạt động của các tế bào đó. Kỹ thuật này chỉ nhắm vào các tế bào cơ tim, các tế bào của cơ kích hoạt sự co bóp và tạo nên nhịp đập của tim.
Độ chính xác này sẽ không chỉ giảm đau cho bệnh nhân đặt máy điều hòa nhịp tim bằng cách bỏ qua các thụ thể đau của tim, mà còn cho phép máy điều hòa nhịp tim phản ứng với các loại bất thường khác nhau theo những cách phù hợp hơn.
Ví dụ, trong cơn rung tâm nhĩ, các ngăn trên và dưới của tim đập không đồng bộ, và vai trò của máy điều hòa nhịp tim là đưa hai phần này trở lại thẳng hàng.
>> Tham khảo: Thế giới cần mục tiêu rác thải nhựa mới bằng 0% vào năm 2040.
Igor Efimov, giáo sư kỹ thuật y sinh và y học tại Đại học Tây Bắc, cho biết: “Ngay bây giờ, chúng tôi phải gây sốc toàn bộ trái tim để làm điều này, những thiết bị mới này có thể nhắm mục tiêu chính xác hơn nhiều, giúp khử rung tim hiệu quả hơn và ít đau đớn hơn”. nơi các thiết bị đã được thử nghiệm trong phòng thí nghiệm.
“Công nghệ này có thể làm cho cuộc sống của bệnh nhân trên toàn thế giới trở nên dễ dàng hơn, đồng thời giúp các nhà khoa học và bác sĩ tìm hiểu thêm về cách theo dõi và điều trị bệnh.”
Để đảm bảo các tín hiệu ánh sáng có thể đến được nhiều phần khác nhau của tim, nhóm đã tạo ra một thiết kế liên quan đến việc bao quanh cơ quan, thay vì cấy ghép các dây dẫn cung cấp các điểm tiếp xúc hạn chế.
Mô hình máy điều hòa nhịp tim mới bao gồm bốn cấu trúc giống như cánh hoa làm bằng màng mỏng, linh hoạt, chứa nguồn sáng và điện cực ghi. Các cánh hoa, được thiết kế đặc biệt để phù hợp với cách trái tim thay đổi hình dạng khi đập, gấp lại quanh các mặt của cơ quan để bao bọc nó, giống như một bông hoa khép lại vào ban đêm.
“Các máy điều hòa nhịp tim hiện tại về cơ bản ghi lại một ngưỡng đơn giản, và chúng sẽ cho bạn biết, ‘Điều này đang dẫn đến rối loạn nhịp tim, bây giờ là sốc!'” Gutruf nói. “Nhưng thiết bị này có một máy tính trên bo mạch, nơi bạn có thể nhập các thuật toán khác nhau cho phép bạn tăng tốc theo cách tinh vi hơn. Nó được tạo ra để nghiên cứu.”
Do hệ thống sử dụng ánh sáng để tác động đến tim chứ không phải tín hiệu điện nên thiết bị có thể tiếp tục ghi thông tin ngay cả khi máy điều hòa nhịp tim cần khử rung tim.
Trong các máy điều hòa nhịp tim hiện tại, tín hiệu điện từ máy khử rung tim có thể cản trở khả năng ghi, khiến các bác sĩ có một bức tranh không hoàn chỉnh về các giai đoạn tim.
>> Tham khảo: ‘Thuốc sống’ được tạo ra để điều trị nhiễm trùng kháng thuốc.
Ngoài ra, thiết bị này không yêu cầu pin, điều này có thể giúp bệnh nhân sử dụng máy điều hòa nhịp tim không cần phải thay pin trong thiết bị của họ cứ sau 5 đến 7 năm, như thông lệ hiện tại.
Nhóm của Gutruf đã hợp tác với các nhà nghiên cứu tại Đại học Tây Bắc trong dự án. Mặc dù phiên bản hiện tại của thiết bị đã được trình diễn thành công trên mô hình động vật, nhưng các nhà nghiên cứu mong muốn tiếp tục phát triển công việc của họ, điều này có thể cải thiện chất lượng cuộc sống cho hàng triệu người.
