Professor Bozhi Tian, ein Pionier der Bioelektronik, hat gerade mit seiner Forschungsgruppe einen Funken Hoffnung in den Herzen von Millionen Menschen entzündet. Seine Intuition führte zur Entwicklung eines revolutionären Herzschrittmachers, einem Meisterwerk der Miniaturisierung und Biokompatibilität, das die Grenzen der Medizintechnik herausfordert. Ein Gerät, das sich wie ein Lichtflüstern im Körper auflöst und den Lebensrhythmus wiederherstellt. Und es wird durch Licht angetrieben.
Ein Herzschrittmacher „im Licht“
Tian und sein Team haben einen Prototyp eines Herzschrittmachers entwickelt, der aus einer speziell entwickelten Membran besteht und weniger als ein Fünfzigstel Gramm wiegt. Seine Dicke? Kleiner als ein menschliches Haar. Diese Funktion macht das Gerät extrem leicht und ermöglicht die Implantation mit minimalinvasiven Eingriffen, ohne dass Teile im Inneren bewegt werden müssen.
Millionen Menschen auf der ganzen Welt Sie sind auf Herzschrittmacher angewiesen, kleine, aber wichtige Geräte, die die elektrischen Impulse des Herzens regulieren, um einen regelmäßigen Schlag aufrechtzuerhalten. Lösungen wie diese können alle mit der Verwendung dieser Geräte verbundenen Komplikationen reduzieren.
Vorläufige Experimente waren sehr vielversprechend und wir setzen große Hoffnungen in die Zukunft dieser Translationstechnologie.
Pengju Li, Doktorandin an der Pritzker School of Molecular Engineering der University of Chicago. Er ist Teil des Forschungsteams, das am Herzschrittmacher gearbeitet hat.
Eine Photovoltaik-Technologie für den menschlichen Körper?
Das Labor von Professor Bozhi Tian konzentriert sich seit Jahren auf die Entwicklung von Geräten, die solarzellenähnliche Technologien zur Stimulation des Körpers nutzen können. PV ist für diesen Zweck besonders attraktiv, da es keine beweglichen Teile oder Drähte enthält, die brechen oder störend wirken können, was besonders bei empfindlichen Stoffen wie Herzgewebe nützlich ist.
Anstelle einer Batterie implantieren die Forscher einfach eine winzige optische Faser neben das Gerät, um es mit Strom zu versorgen. Die Ergebnisse? Wie im Magazin berichtet Natur (Ich werde das ganze hier verlinken) sind wirklich wichtig.
Ein „gezieltes“ Design
Um die besten Ergebnisse zu erzielen, mussten die Wissenschaftler das System modifizieren, um es im Gegensatz zum üblichen Design von Solarzellen an biologische Zwecke anzupassen. „Bei einer Solarzelle besteht das Ziel darin, so viel Sonnenlicht wie möglich zu sammeln und diese Energie entlang der Zelle zu übertragen, unabhängig davon, welcher Teil des Panels betroffen ist“, erklärt Li. „Für diese Anwendung möchten wir jedoch in der Lage sein, einen sehr lokalen Bereich zu beleuchten und nur diesen zu aktivieren.“
Das endgültige Herzschrittmacherdesign besteht aus zwei Schichten eines als P-Typ bekannten Silikonmaterials, das auf Licht reagiert, indem es eine elektrische Ladung erzeugt. Das Ergebnis ist eine winzige, flexible Membran, die über einen Schlauch zusammen mit einer Lichtleitfaser in einem minimalinvasiven Eingriff in den Körper eingeführt werden kann. Um es klarzustellen: Aktuelle Herzschrittmacher wiegen mindestens 250-mal mehr.
Verfügbar
Diese spezielle Version des Herzschrittmachergeräts ist für den vorübergehenden Gebrauch gedacht. Am Ende seiner „Mission“ ist keine weitere Operation erforderlich, um es zu entfernen: Es löst sich von selbst in eine ungiftige Verbindung namens Kieselsäure auf. Forscher weisen jedoch darauf hin, dass die Geräte dies könnten gestaltet werden je nach gewünschter Dauer der Herzstimulation sogar noch länger anhalten.
Dieser Fortschritt stellt einen Wendepunkt in der kardialen Resynchronisationstherapie dar. Wir stehen am Beginn einer neuen Grenze, in der sich die Bioelektronik nahtlos in die natürlichen Funktionen des Körpers integrieren lässt.
Narutoshi Hibino, Professor für Chirurgie an der University of Chicago Medicine und Mitautor der Studie.
Anwendungen: über das Herz hinaus
Obwohl die ersten Tests an Herzgewebe durchgeführt wurden, könnte der Ansatz auch zur Neuromodulation eingesetzt werden, beispielsweise durch die Stimulation von Nerven bei Bewegungsstörungen wie Parkinson oder zur Behandlung chronischer Schmerzen und anderer Erkrankungen. Li prägte für dieses Gebiet den Begriff „Photoelektrozeutika“.
Der Tag, an dem sie den Herzschrittmacher zum ersten Mal an Schweineherzen testeten, der denen von Menschen sehr ähnlich ist, bleibt Tian in lebhafter Erinnerung: „Ich erinnere mich an diesen Tag, weil es beim ersten Versuch funktionierte. Es ist sowohl ein Wunder als auch die Frucht unserer umfangreichen Bemühungen.“
Ein Wunder des offenen Herzens.
