12:00 
Инженеры MIT разработали неинвазивный кардиостимулятор, который стимулирует сердце с помощью ультразвука. Однажды эта конструкция может стать безоперационной альтернативой традиционным сердечным имплантатам.
Новое устройство представляет собой небольшую наклейку, которую можно носить на груди. Крошечные датчики на наклейке посылают ультразвуковые импульсы через грудную клетку, стимулируя сердце. Ультразвуковые волны вызывают открытие определенных ионных каналов в клетках сердца — эффект, который исследователи усилили с помощью генной инженерии. Когда каналы открываются, они пропускают кальций, который дает сигнал сердечной клетке сжиматься и биться.
В экспериментах в лаборатории исследователи применили ультразвуковые волны к модифицированным сердечным клеткам человека и обнаружили, что импульсы эффективно поддерживают здоровые сокращения клеток. Они также протестировали ультразвуковую наклейку на крысах и обнаружили, что устройство быстро, безопасно и неинвазивно корректирует аритмии и восстанавливает нормальные, регулярные сердечные сокращения.
Команда изготовила прототип, который включает в себя ультразвуковую наклейку (размером с почтовую марку) и небольшое карманное устройство, содержащее соответствующие батареи и электронику. Та же группа ранее продемонстрировала дизайн наклейки, которая использует ультразвук для изображения глубоких органов и тканей. Теперь они планируют объединить два подхода в одну ультразвуковую наклейку, чтобы одновременно контролировать и регулировать деятельность сердца.
Мы верим, что однажды на теле появятся наклейки, которые смогут осуществлять долгосрочную визуализацию глубоко в теле, а также стимулировать терапевтический эффект неинвазивным замкнутым путем".
Сюаньхэ Чжао, профессор кафедры машиностроения, гражданского и экологического строительства, Массачусетский технологический институт
Чжао и его коллеги вместе с сотрудниками из группы профессора Цифа Чжоу в Университете Южная Калифорния (USC) опубликовала свои результаты в исследовании, опубликованном в журнале Nature Biomedical Engineering. В число соавторов исследования входят первый автор исследования Чэнь Гонг, а также Рунзе Ли, Вон Цзюнь Сон и бывшие постдоки Гэнси Лу, Шуцун Ли и Сяо-Чуань Лю. В число других соавторов исследования входят исследователи из Гарвардского университета, Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и других групп. USC.
Звуковые гены
Сегодня около 3 миллионов взрослых в Соединенных Штатах живут с кардиостимуляторами. Небольшие устройства с батарейным питанием хирургическим путем имплантируются в грудь человека и передают электрические импульсы для регулирования частоты сердечных сокращений. Имплантируемые кардиостимуляторы представляют собой хорошо зарекомендовавший себя и в целом безопасный метод лечения, который, тем не менее, сопряжен с риском.
"Кардиостимуляторы являются одними из наиболее важных и широко используемых человеческих имплантатов. спасли миллионы жизней», — говорит соавтор статьи Гэнси Лу. «Но они агрессивны и вступают в прямой контакт с бьющимся сердцем. Мечтой на протяжении многих лет была неинвазивная стимуляция сердца с помощью ультразвука».
Ультразвук включает в себя ряд акустических волн, которые безопасно проникают в организм. Ультразвуковые волны отражаются и резонируют со структурами характерным образом, что позволяет техническим специалистам различать и отображать органы и ткани внутри тела. Ультразвук также можно направлять и фокусировать для стимуляции определенных терапевтических эффектов, например, в мозге, где ученые изучают возможность использования ультразвука для лечения болезни Паркинсона, болезни Альцгеймера и другие заболевания головного мозга.
Ученые также обнаружили, что ультразвук может принести пользу сердцу. Предыдущие исследования на животных показали, что сфокусированный ультразвук может безопасно активировать клетки сердца, хотя эффект был непостоянным и слабым.
Чжао и его коллеги стремились усилить воздействие ультразвука на сердце. Точно так же соногенетика направлена на генетическую инженерию клеток, способных реагировать на звук, в том числе на ультразвук.
В своей работе по разработке ультразвукового кардиостимулятора команда сначала стремилась повысить чувствительность клеток сердца к ультразвуку с помощью соногенетики. В лаборатории они использовали стандартные методы для получения клеток сердца из эмбриональных стволовых клеток, а затем внесли в клетки генетические изменения, которые увеличили их чувствительность к ультразвуку.
"Эти каналы теперь лучше "слышат" ультразвук и могут открываться, чтобы впускать внутрь кальций, что непосредственно активирует клетку и заставляет ее биться", - объясняет первый автор статьи Чэнь Гун.
Здоровье
В экспериментах с соногенетически модифицированными клетками сердца исследователи обнаружили, что, когда они подвергали клетки воздействию ультразвука, клетки били синхронно с волнами, в отличие от клеток, которые не были генетически модифицированы. манипулировали
