Die Größe eines Reiskorns, die Wirkung einer medizinischen Revolution. Der Herzschrittmacher wurde gerade von einem Team aus Northwestern University stellt jedes bisherige Konzept eines Herzgeräts in Frage. Es ist winzig, auflösbar, mit einer einfachen Spritze implantierbar und könnte (nicht unerheblich) Tragödien wie jene verhindern, die den ersten Menschen auf dem Mond traf.
Denken Sie an die Neugeborenen, die jedes Jahr mit Herzproblemen auf die Welt kommen: Um ihr Leben zu retten, bedarf es nur vorübergehender Unterstützung. Stellen Sie sich nun vor, Sie könnten auf invasive Operationen verzichten und diese durch eine einfache Injektion eines Geräts ersetzen, das seine Aufgabe erfüllt und dann auf natürliche Weise verschwindet. Es ist etwas, das einfach in die Geschichte eingehen würde.
Wenn Kleinbuchstaben revolutionär sind
Jedes Jahr etwa 1 % der Neugeborenen kommt mit einem Herzen auf die Welt, das Schwierigkeiten hat, seinen eigenen Rhythmus zu finden. Ein Prozentsatz, der klein erscheint, bis wir ihn in Gesichter, in Geschichten, in mit angehaltenem Atem wartende Familien verwandeln. Die meisten dieser Kleinen benötigen nur vorübergehende Unterstützung, nur sieben Tage, die Zeit, die das Herz braucht, um zu lernen, selbstständig richtig zu schlagen.
Leider wird in Regionen der Welt, in denen der Zugang zu fortgeschrittener medizinischer Versorgung eine Fata Morgana ist, ein eigentlich einfacher Eingriff oft zu einer Strafe. Bei herkömmlichen Herzschrittmachern müssen Chirurgen Elektroden direkt auf das Herz „nähen“ und sie dann über Kabel, die aus der Brust des Patienten herausführen, mit einer externen Einheit verbinden.
Ein Albtraum potenzieller Komplikationen: Infektionen, Gewebeschäden, Blutgerinnsel. Und manchmal verfangen sich die Fäden im Narbengewebe, was die Situation noch komplizierter macht.
Genau dieses Vorgehen führte zum Tod des Astronauten. Neil Armstrong. „Er hatte nach einer Bypass-Operation einen temporären Herzschrittmacher. Als die Drähte entfernt wurden, hatte er innere Blutungen“, erklärt sie. Igor Jefimow, Experimentalkardiologe und Co-Leiter der Studie veröffentlicht in Nature, in einer Aussage, die mich über die Zerbrechlichkeit des Lebens nachdenken ließ, selbst für diejenigen, die auf dem Mond gelandet sind.
Pacemaker, die Entwicklung eines Wendepunkts
In 2021, ein Team der Northwestern University, zu dem er gehörte Jefimow, hatte bereits einen temporären, biologisch abbaubaren Herzschrittmacher in der Größe einer Münze vorgestellt, der ohne sperrige Batterien, starre Komponenten oder Kabel auskommt. Das Gerät basierte auf Kommunikationsprotokollen, die denen in Tags ähneln RFID und in Smartphones, um elektronische Zahlungen durchzuführen.
Dies erforderte jedoch, dass der Herzschrittmacher über eine eingebaute Antenne zur Übertragung von Hochfrequenzbefehlen verfügte. „Unser ursprünglicher Herzschrittmacher funktionierte gut. Er war dünn, flexibel und vollständig resorbierbar. Die Größe seiner Empfangsantenne schränkte jedoch unsere Möglichkeiten zur Miniaturisierung ein“, erklärte sein Mitentwickler und Bioelektronik-Pionier. John Rogers.
Rogers, Jefimow und ihre Mitarbeiter verbrachten die nächsten Jahre damit, nach Möglichkeiten zu suchen, ihren temporären Herzschrittmacher noch weiter zu verkleinern. Schließlich erkannten sie, dass sie die Radioantenne durch ein Design ersetzen konnten, das auf lichtbasierte Datenübertragung abzielte. Und alles änderte sich.
Ein Lichtblitz
Das neue Gerät ersetzte die ursprüngliche Stromquelle durch eine galvanische Zelle, eine Art Batterie, die chemische Energie in elektrische Energie umwandelt. Der Herzschrittmacher basiert auf zwei Metallelektroden, die nach der Interaktion mit umgebenden Bioflüssigkeiten einen elektrischen Strom erzeugen.
„Infrarotlicht dringt sehr gut in den Körper ein“, sagte er. Jefimow. „Wenn Sie eine Taschenlampe an Ihre Handfläche halten, sehen Sie das Licht auf der anderen Seite. Unser Körper ist offenbar ein hervorragender Lichtleiter.“
Es beeindruckt mich, wie poetisch diese Synergie zwischen Technologie und Biologie ist: ein vom Licht geleitetes Herz, ein von unsichtbaren Strahlen regulierter Schlag, der durch Haut, Knochen und Muskeln dringt, als wären sie aus Glas.
Mikroskopischer Herzschrittmacher: Große Wirkung im Kleinformat
Das Endergebnis ist ein Gerät 1 mm dick, nur 1,8 mm breit und 3,5 mm lang, der in der Lage ist, die gleiche elektrische Stimulation zu liefern wie ein herkömmlicher Herzschrittmacher. „Wir haben den unseres Wissens nach kleinsten Herzschrittmacher der Welt entwickelt“, sagte Rogers mit einem Stolz, der aus seinen Worten hervorschaut.
Da sich die Materialien des Herzschrittmachers mit der Zeit sicher auflösen, ist für seine Entfernung kein invasiver chirurgischer Eingriff erforderlich. Dadurch wird das Risiko postoperativer Komplikationen und Traumata drastisch reduziert.
Die Zukunft? Es ist „polyphon“
Aber warum sollte man es bei nur einem winzigen Herzschrittmacher belassen? Efimov, Rogers und ihre Kollegen glauben, dass weitere Fortschritte die Umsetzung von mehr Geräte im ganzen Herzen. Nach der Implantation könnte sie so koordinieren, dass sie sich basierend auf bestimmten Wellenlängen des Lichts unabhängig oder gemeinsam bewegen, wodurch eine Art perfekt synchronisiertes Herzorchester entsteht.
Aufgrund seiner Größe kann das Gerät auch in andere implantierbare Geräte integriert werden, beispielsweise in transkathetergestützte Aortenklappenersatzgeräte, Schmerzmittel sowie Techniken zur Nerven- und Knochenrekonstruktion. Diese Zukunftsmöglichkeiten gehen jedoch alle auf das ursprüngliche Ziel des Teams zurück.
„Unsere Hauptmotivation waren die Kinder“, sagte Efimov. „Jetzt können wir diesen winzigen Herzschrittmacher am Herzen eines Kindes platzieren und es mit einem weichen, sanften tragbaren Gerät stimulieren.“
Wenn ich an dieses winzige Gerät denke, das in der Brust eines Neugeborenen „schwebt“ und sanft seinen noch unsicheren Herzschlag reguliert, spüre ich etwas, das über ein technologisches Wunder hinausgeht. Wie ein Flüstern, das das Lied eines Herzens leitet.
