Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) hebben een innovatieve, niet-invasieve pacemaker ontwikkeld die het hart stimuleert met behulp van ultrasoon geluid. De technologie, die momenteel nog in een experimentele fase verkeert, zou op termijn een alternatief kunnen vormen voor traditionele pacemakers die operatief worden geïmplanteerd.
Volgens de onderzoekers opent de ontwikkeling de deur naar een nieuwe generatie draagbare medische technologie die niet alleen het hart kan monitoren, maar ook actief kan behandelen zonder chirurgische ingrepen.
Pacemaker pleister
Traditionele pacemakers behoren tot de meest toegepaste implantaten in de cardiologie. Wereldwijd vertrouwen miljoenen patiënten op de batterijgevoede apparaten om hartritmestoornissen te corrigeren. Hoewel de technologie veilig en effectief is, brengt implantatie altijd risico’s met zich mee, zoals infecties, complicaties tijdens de ingreep of slijtage van de elektroden.
Het MIT-team ontwikkelde daarom een alternatief in de vorm van een kleine pleister ter grootte van een postzegel die op de borst wordt gedragen. In de pleister zijn minuscule ultrasone transducers verwerkt die geluidsgolven door de borstwand sturen richting het hart.
Deze ultrageluidsgolven activeren specifieke ionkanalen in hartcellen. Wanneer deze kanalen openen, stroomt calcium de cel binnen, wat een samentrekking van de hartspier veroorzaakt en daarmee een hartslag opwekt. Volgens de onderzoekers biedt deze aanpak de mogelijkheid om het hartritme te beïnvloeden zonder direct contact met het hart of invasieve implantatie. De onderzoekers presenteren hun resultaten in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Biomedical Engineering.
Sonogenetica
Een belangrijke innovatie achter de technologie is het gebruik van sonogenetica. Deze relatief nieuwe techniek bouwt voort op het principe van optogenetica, waarbij cellen genetisch worden aangepast om op licht te reageren. Bij sonogenetica worden cellen juist gevoeliger gemaakt voor geluidsgolven.
De onderzoekers pasten menselijke hartcellen genetisch aan zodat de ionkanalen sterker reageren op ultrageluid. In laboratoriumexperimenten bleken deze aangepaste hartcellen synchroon te kloppen met de aangeboden ultrasone pulsen. Niet-aangepaste cellen vertoonden dit effect nauwelijks.
Volgens de onderzoekers zou een toekomstige behandeling kunnen beginnen met een eenmalige gentherapie, vergelijkbaar met een vaccinatie. Deze behandeling zou hartcellen gevoeliger maken voor de ultrasone signalen van de draagbare pacemaker. Hoewel dergelijke toepassingen nog uitgebreid klinisch onderzocht moeten worden, sluiten ze aan bij de snelle ontwikkelingen op het gebied van gentherapie voor erfelijke en chronische aandoeningen.
Succesvolle tests bij dieren
Naast laboratoriumonderzoek werd de technologie ook getest bij ratten met verschillende hartritmestoornissen. De onderzoekers dienden eerst een sonogenetische behandeling toe, waarna een miniatuurversie van de ultrasone pacemaker op de borst werd geplaatst.
De resultaten waren veelbelovend. Bij dieren met een te lage hartslag werd het hartritme verhoogd naar normale waarden. Ook onregelmatige hartslagen konden worden gestabiliseerd, waarbij het hart synchroon bleef kloppen met de ultrasone pulsen.
Volgens de onderzoekers gebeurde dit snel, veilig en zonder zichtbare schade aan het omliggende weefsel. Daarmee laat de studie zien dat ultrageluid in combinatie met sonogenetica een effectieve manier kan zijn om het hartritme te reguleren.
Draagbare ultrasone sensoren
De ultrasone pacemaker bouwt voort op eerder onderzoek van dezelfde MIT-groep naar draagbare ultrasone sensoren. Eerder ontwikkelden zij al een pleister die diepgelegen organen en weefsels continu kan afbeelden met behulp van ultrageluid.
De volgende stap is het combineren van beide technologieën in één systeem. Zo zou een draagbare pleister niet alleen het hart kunnen monitoren, maar ook direct kunnen ingrijpen wanneer afwijkingen worden gedetecteerd. Een dergelijk zogenoemd closed-loop systeem zou automatisch diagnostiek en behandeling kunnen combineren.
Volgens de onderzoekers reikt het potentieel van deze technologie bovendien verder dan cardiologie. In de toekomst zouden vergelijkbare ultrasone pleisters kunnen worden ingezet voor langdurige monitoring, beeldvorming en gerichte stimulatie van andere organen en weefsels. Hoewel klinische toepassing nog jaren verwijderd is, laat het onderzoek zien hoe draagbare technologie, ultrageluid en gentherapie samen nieuwe mogelijkheden creëren voor minder invasieve en meer gepersonaliseerde zorg.
Minder invasieve pacemakertechniek
Vorig jaar demonstreerden cardioloog-elektrofysiologen van het HagaZiekenhuis een innovatieve techniek voor pacemakerimplantatie. Zij lieten toen zien hoe een pacemaker via de halsader wordt ingebracht in plaats van via de traditionele liesader.
De methode werd zes jaar geleden voor het eerst in Europa in het HagaZiekenhuis al toegepast en biedt volgens de specialisten meerdere voordelen. Patiënten ervaren minder pijn, hebben een kleinere kans op nabloedingen en kunnen doorgaans sneller naar huis. Daarnaast vormt de halsader een kortere route naar het hart, waardoor de ingreep eenvoudiger kan verlopen.
