제거할 필요 없이 심장을 모니터링하는 부드러운 무선 임플란트

미국에서는 매년 거의 700,000명이 심장병으로 사망하고, 그 중 1/3은 외상성 심장 관련 사건 후 첫 주 또는 몇 달 내에 합병증으로 인해 발생합니다.

이러한 사망을 예방하기 위해 Northwestern 대학과 George Washington(GW) 대학의 연구원들은 그러한 사건 이후 며칠, 몇 주 또는 몇 달 동안 심장 질환과 기능 장애를 모니터링하고 치료할 수 있는 새로운 장치를 개발했습니다. 그리고 장치가 더 이상 필요하지 않으면 추출의 필요성을 우회하여 신체 내부에서 무해하게 용해됩니다.

우표만한 크기의 부드럽고 유연한 이 장치는 일련의 센서와 액추에이터를 사용하여 심박조율기와 같은 기존 장치가 수행할 수 있는 것보다 더 복잡한 조사를 수행합니다. 심장의 다양한 부분에 배치할 수 있을 뿐만 아니라 이 장치는 의사에게 지속적으로 정보를 스트리밍하므로 환자의 심장을 실시간으로 원격 모니터링할 수 있습니다. 이 장치는 또한 매우 투명하여 의사가 특정 심장 부위를 관찰하여 진단을 내리거나 치료를 제공할 수 있습니다.

해당 연구는 수요일(7월 5일) 저널에 게재될 예정입니다. 과학은 발전합니다.

“심방 세동 및 심장 차단을 포함한 몇 가지 심각한 합병증은 심장 수술이나 카테터 기반 요법을 따를 수 있습니다.”라고 이 연구를 공동 주도한 Northwestern의 실험 심장 전문의 Igor Efimov는 말했습니다. “이러한 합병증에 대한 현재의 수술 후 모니터링 및 치료에는 현재 사용 가능한 것보다 더 정교한 기술이 필요합니다. 우리는 새로운 장치가 이러한 기술 격차를 좁힐 수 있기를 바랍니다. 우리의 과도 전자 장치는 심방의 여러 위치에서 전기 활동을 매핑한 다음 전기 자극을 전달할 수 있습니다. 심방세동이 시작되자마자 멈추도록 여러 곳에서.”

GW의 Luyao Lu는 “심장 수술이나 심장마비 후 발생하는 많은 사망은 이러한 사건이 발생한 후 민감한 몇 주 및 몇 달 동안 의사가 환자를 모니터링하고 치료할 수 있는 더 나은 도구를 가지고 있다면 예방할 수 있습니다.”라고 덧붙였습니다. Efimov. “우리 작업에서 개발된 도구는 기초 및 중개 심장 연구의 많은 프로그램에서 충족되지 않은 요구 사항을 해결할 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있습니다.”

Efimov는 Northwestern의 McCormick 공과 대학의 생물 의학 공학 교수이자 Northwestern University Feinberg 의과 대학의 의학 교수입니다. Lu는 GW의 생물 의학 공학 조교수입니다.

이 작업은 심장을 모니터링하고 일시적으로 심장 박동을 조절하는 심장 임플란트를 개발하기 위한 Efimov의 이전 작업을 기반으로 합니다. 2021년에 Efimov와 Northwestern의 John A. Rogers 교수는 Nature Biomedical Engineering에 발표된 최초의 일시적 심박조율기를 소개했습니다. 그런 다음 올해 초 Efimov의 팀은 심장 부정맥 치료를 위한 그래핀 “문신”을 Advanced Materials에 발표했습니다.

Efimov는 “심장 수술 후 외과의는 수술로 인한 일시적인 심장 차단 동안 전기 자극을 제공하기 위해 외부 전류 생성기에 연결된 임시 와이어를 삽입하기도 합니다.”라고 말했습니다. “최근에는 이러한 와이어를 대체하기 위해 생체 흡수성 심박 조율기를 개발했습니다. 수술 후 심방 세동은 심방 세동을 감지하고 중지하기 위해 다중 전극 배열을 기반으로 보다 복잡한 접근 방식이 필요합니다. 이제 우리는 이 목표를 달성하기 위한 새로운 기술을 제시합니다. “

작은 동물 모델에서 테스트된 이 새로운 장치는 기존 심박 조율기 이상의 기능을 제공합니다. 심박 조율기는 심장의 전체 그림을 하나만 제공할 수 있지만(심장이 뛰고 있는지 여부에 관계없이) 일시적인 장치는 보다 미묘한 그림을 제공합니다. 정상적인 심장 박동을 회복시킬 수 있을 뿐만 아니라 심장의 어떤 부분이 잘 기능하고 어떤 부분이 그렇지 않은지 보여줄 수 있습니다. 장치의 투명한 특성으로 인해 연구자들은 장치를 통해 많은 중요한 심장 물리적 매개변수를 광학적으로 매핑하여 심장 기능 및 심장 질환 메커니즘을 더 잘 연구할 수 있습니다.

임상적으로 관련된 기간이 지나면 미국 식품의약국(FDA)의 승인을 받은 생체 적합성 재료로 만들어진 이 장치는 단순히 양성 제품으로 용해됩니다. 흡수성 바늘과 유사하게 이 장치는 신체의 자연적인 생물학적 과정을 통해 분해된 다음 완전히 사라집니다. 장치의 생체 흡수성 특성은 수술 적출로 인한 합병증을 피하고 감염 위험을 낮춤으로써 의료 비용을 줄이고 환자 결과를 개선할 수 있습니다.

National Science Foundation과 National Institutes of Health는 “심장 생리학의 다중 모드 시공간 매핑 및 변조를 위한 부드럽고 생체 재흡수 가능한 투명한 미세 전극 어레이”라는 연구를 지원했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/07/230705143014.htm