Ürək döyüntüləri ömürlük işləməsi nəzərdə tutulan batareyasız kardiostimulyatoru enerji ilə təmin edə bilər

ABŞ-da Viskonsin-Madison Universitetinin tədqiqatçıları insanın ürək döyüntülərindən enerji əldə edərək işləyə bilən, batareyaya ehtiyac duymayan implantasiya edilə bilən kardiostimulyator hazırlayıblar. Yeni texnologiya gələcəkdə batareyanın tükənməsi səbəbindən cihazın dəyişdirilməsi üçün təkrar əməliyyatlara ehtiyacı azalda bilər. Viskonsin-Madison Universitetinin alimləri xəstənin ürək döyüntülərindən enerji toplayaraq işləyən implantasiya edilə bilən, batareyasız kardiostimulyator hazırlayıblar. Yeni cihazın xəstənin ömrü boyunca işləyə bilməsi və bununla da batareyası tükəndikdə kardiostimulyatorun dəyişdirilməsi ilə bağlı risk və xərclərin azaldılması potensialı var.

Viskonsin-Madison Universitetində materialşünaslıq və mühəndislik üzrə doktorantura sonrası tədqiqatçı Penqfey Çenin rəhbərlik etdiyi araşdırmanın nəticələri avqustun 19-da Science Advances jurnalında dərc olunub.

Tədqiqatın rəhbəri, materialşünaslıq və mühəndislik professoru Südonq Vanq bildirib ki, belə bir cihaz üçün əsas məsələ yalnız enerji istehsal etmək deyil, həm də kifayət qədər enerjini çox kiçik həcmdə əldə etməkdir. Onun sözlərinə görə, hazırlanan texnologiya əvvəlki nanoenergetik generatorlarla müqayisədə bir neçə dəfə, təxminən bir tərtib səviyyəsində daha yüksək enerji sıxlığı təmin edib.

Viskonsin Universitetinin Xəstəxanası və Klinikalarında ürək elektrofizioloqu və tədqiqatın həmmüəllifi doktor Daniel Modaff isə kardiostimulyatorların batareyası tükəndikdə generatorun dəyişdirilməsi üçün yenidən əməliyyat aparılmasının klinik problemlərdən biri olduğunu bildirib.

Onun fikrincə, xəstənin ömrü boyunca işləyəcək tək bir cihazın implantasiya edilə biləcəyi gələcək üçün bu texnologiya mühüm addımdır.

Son 70 il ərzində kardiostimulyatorlar əhəmiyyətli dərəcədə inkişaf edib. Ürək döyüntülərindəki pozuntuları düzəltmək üçün elektrik impulslarından istifadə edən bu cihazlar əvvəlcə böyük və sadə qurğular olub və bir neçə ildən bir dəyişdirilməli idi. Sonrakı illərdə isə onlar ürək ritmini hiss edə və vəziyyətə uyğun olaraq fəaliyyətini avtomatik tənzimləyə bilən kiçik elektron cihazlara çevrilib.

Uzun illər ərzində standart yanaşma sinə nahiyəsinə implantasiya edilən və venalar vasitəsilə ürəyə elektrodlarla qoşulan batareyalı kardiostimulyatorlardan istifadə idi. Lakin 2016-cı ildə Micra adlı elektrodsuz ürəkdaxili kardiostimulyator istifadəyə verildi. Böyük vitamin həbi ölçüsündə olan bu kiçik cihaz titan kapsulun içərisində yerləşir və bud venasından kateter vasitəsilə ürəyə, daha dəqiq desək, sağ mədəciyə yerləşdirilir. Bu texnologiya daha sürətli bərpa, daha az fəsad və sinə nahiyəsində ayrıca implantın olmaması kimi üstünlüklər yaradır.

Lakin cihazın mühüm çatışmazlığı var: batareya onun ölçüsünün və çəkisinin yarısından çoxunu təşkil edir və cəmi 7–10 il işləyir. Batareya tükəndikdə cihazı ürəyin içərisindən çıxarmaq çətin olduğundan, köhnə kardiostimulyator çox vaxt yerində saxlanılır və yenisi əlavə edilir. Bu vəziyyət xüsusilə gənc xəstələr üçün problem yaradır, çünki onların həyatı boyunca bir neçə dəfə kardiostimulyator dəyişdirilməsinə ehtiyac yarana bilər. Bu səbəbdən alimlər cihazları uzunmüddətli enerji ilə təmin etməyin alternativ yollarını araşdırırlar. Bu istiqamətdə tritium batareyaları, sıxıldıqda və ya dartıldıqda elektrik enerjisi yaradan pyezoelektrik nanoenergetik generatorlar və müxtəlif materialların təmas edib ayrılması zamanı enerji yaradan triboelektrik nanoenergetik generatorlar öyrənilir.

Lakin indiyədək bu kiçik cihazların heç biri ürəkdaxili kardiostimulyatoru kifayət qədər enerji ilə təmin edə bilməyib.

Südonq Vanq və Penqfey Çen əvvəlki illərdə triboelektrik və implantasiya edilə bilən bioelektron cihazların hazırlanması sahəsində əldə etdikləri təcrübədən istifadə edərək yeni yanaşma üzərində işləyiblər. Tədqiqatçılar generatorun ölçüsünü elə məhdudlaşdırıblar ki, o, Medtronic Micra elektrodsuz ürəkdaxili kardiostimulyatorunun batareya bölməsinə yerləşdirilə bilsin və cihazın ümumi ölçüsü dəyişməsin. Bunun üçün kardiostimulyatorun titan örtüyünün daxilində, elektronika modulunun üst və alt hissələrinə yerləşdirilə bilən xüsusi salınan triboelektrik strukturlar hazırlanıb.

Bu strukturlar bir-birinə qoşulmuş elektrod lövhələrindən ibarətdir. Lövhələrin bir tərəfində müsbət yüklü mis örtük, digər tərəfində isə mənfi yüklü flüorlaşdırılmış etilen-propilen film yerləşdirilib.

Xəstənin ürəyi döyündükdə yaranan mexaniki hərəkət generatorun bu strukturlarını sıxır və əks yüklü lövhələri bir-birinə yaxınlaşdırır. Lövhələr yenidən bir-birindən ayrıldıqda yaranan kiçik mexaniki hərəkətlər elektrik yükü formalaşdırır. Əldə edilən enerji ya kardiostimulyatoru birbaşa işlətmək, ya da cihazın daxilindəki kiçik kondensatorda saxlamaq üçün istifadə olunur.

Cihazın hazırlanması zamanı mühəndislər onun sabitliyi ilə elastikliyi arasında düzgün balans yaratmalı olublar. Penqfey Çenin sözlərinə görə, generator milyonlarla dəfə hərəkət edə bilməli, eyni zamanda mexaniki xüsusiyyətlərini qorumalı idi. Buna görə hər bir naqilin yerləşməsi və eni, elektrod lövhələrinin və digər materialların qalınlığı ayrıca optimallaşdırılıb. Tədqiqatın texniki və tibbi tərəflərinin uyğunlaşdırılması üçün müxtəlif sahələrdən olan mütəxəssislər də layihəyə cəlb olunub.

Laboratoriya sınaqlarında nanoenergetik generatorun hər kub santimetrə 276,6 mikrovatt enerji istehsal edə bildiyi müəyyənləşdirilib. Tədqiqatçıların bildirdiyinə görə, bu göstərici kardiostimulyatorun işləməsi üçün kifayətdir və əvvəlki miniatürləşdirilmiş pyezoelektrik və triboelektrik sistemlərin nəticələrindən əhəmiyyətli dərəcədə yüksəkdir. Cihazın işləkliyini yoxlamaq üçün prototip donuzun bədəninə implantasiya edilib və bir ay ərzində onun fəaliyyəti və bioloji uyğunluğu müşahidə olunub.

Sınaq zamanı nanoenergetik generator ürəyin elektrik stimulyasiyasını uğurla təmin edib. Ciddi mənfi reaksiya müşahidə olunmayıb və nəticələr ənənəvi batareyalı ürəkdaxili kardiostimulyatorlarla müqayisə edilə bilən olub. Tədqiqatçılar generatorun istehsalının nisbətən ucuz olduğunu və mexaniki baxımdan kardiostimulyatorun ömrü boyunca işləyə biləcək qədər davamlı ola biləcəyini bildirirlər.

Cihaz Viskonsin Alumni Tədqiqat Fondunda qeydiyyata alınıb. Bununla belə, onun kommersiyalaşdırılması və klinik istifadəyə başlanması üçün böyük ehtimalla bir neçə il tələb olunacaq.

Texnologiyanın insanlar üzərində klinik sınaqlara başlamasından əvvəl həll edilməli bir sıra mühəndislik problemləri qalır. Donuzun ürəyində nanoenergetik generator laboratoriyada əldə edilən maksimal enerji səviyyəsinə çata bilməyib. Tədqiqatçılar bunu ürək toxumasının yumşaq olması və generatorun mexaniki hərəkətini zəiflətməsi ilə izah edirlər. Digər problem isə ürəyin təbii hərəkətinin generator üçün ideal hərəkətdən fərqlənməsidir. Ürək əsasən düz istiqamətdə yuxarı-aşağı hərəkət etmək əvəzinə burulma xarakterli hərəkətlər edir. Generator isə daha çox düz istiqamətli hərəkət zamanı maksimum enerji istehsal edir. Vanq və Çen hazırda cihazın konstruksiyasını təkmilləşdirərək bu problemi həll etməyə çalışırlar. Vanq bildirib ki, əsas məqsəd ürəyin nizamsız və mürəkkəb hərəkətlərini səmərəli şəkildə mexaniki salınıma çevirməkdir. Bunun sayəsində canlı orqanizmdə ürəkdən kifayət qədər və sabit enerji əldə etmək mümkün ola bilər.

Viskonsin-Madison Universitetinin Biotibbi Donuz Tədqiqatları və İnnovasiyaları Mərkəzindən ürək-damar mütəxəssisi Erik Şmuk triboelektrik nanoenergetik generatorun yalnız kardiostimulyatorların enerji ilə təmin edilməsində deyil, gələcək nəsil implantasiya edilə bilən ürək cihazlarının hazırlanmasında da yeni imkanlar yarada biləcəyini düşünür. Onun sözlərinə görə, etibarlı və özünü enerji ilə təmin edən mənbənin yaradılması daha kiçik implantların hazırlanmasına, həmçinin onların daha geniş diaqnostik və müalicəvi funksiyalarla təchiz edilməsinə imkan verə bilər.

Tədqiqatçılar hesab edirlər ki, enerjinin birbaşa insan orqanizmindən əldə edilməsi gələcəkdə daha ağıllı və fərdiləşdirilmiş ürək-damar cihazlarının laboratoriyadan klinik praktikaya keçirilməsində mühüm rol oynaya bilər.

mənbə: medicalxpress.com