Máy tạo nhịp tim là một thiết bị nhỏ, hoạt động bằng pin được cấy vào ngực để điều chỉnh nhịp tim của những người mắc bệnh tim như rung nhĩ, một dạng nhịp tim không đều.

Theo Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh , tình trạng rối loạn nhịp tim khiến 54.000 ca nhập viện và khoảng 158.000 ca tử vong mỗi năm. Mặc dù máy tạo nhịp tim đảm bảo cuộc sống cho nhiều người, nhưng việc cấy ghép thiết bị là phẫu thuật xâm lấn và nhịp độ mà thiết bị cung cấp gây khó chịu và đau đớn.

"Tất cả các tế bào bên trong tim đều bị tấn công cùng một lúc, bao gồm cả những thụ thể cảm giác đau, điều này khiến quá trình tạo nhịp hoặc khử rung tim trở nên đau đớn", Philipp Gutruf, trợ lý kỹ thuật y sinh tại Đại học Arizona, Mỹ trong một tuyên bố cho biết: "Thiết bị ảnh hưởng đến cơ tim nói chung."

Máy tạo nhịp tim hiện nay yêu cầu 1 hoặc 2 điểm tiếp xúc với tim bằng móc và vít. Theo công bố, “nếu các cảm biến trên các dây dẫn này phát hiện sự bất thường nguy hiểm, thiết bị sẽ gửi một cú sốc điện qua tim để thiết lập lại nhịp đập.”

Để giải quyết những thách thức và giảm sự khó chịu cho bệnh nhân, Gutruf và một nhóm các nhà khoa học Đại học Arizona đã thiết kế một máy tạo nhịp tim không dây, không dùng pin, có thể được cấy bằng một quy trình ít xâm lấn hơn và khiến bệnh nhân ít đau hơn. Thiết kế bao trùm lên trái tim thay vì cấy ghép các dây dẫn, kết nối với các điểm tiếp xúc hạn chế.

Phát minh của nhóm nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Advances.

Mô hình có cấu trúc giống như cánh hoa có thể bao bọc trái tim.

Thiết bị được phát triển cho phép máy điều hòa nhịp tim gửi nhiều tín hiệu đến tim hơn, sử dụng thiết kế lưới, được chế tạo bằng phương pháp kỹ thuật số mới, bao trùm toàn bộ trái tim.

 Máy tạo nhịp tim hình cánh hoa, sử dụng kỹ thuật quang di truyền, Ảnh Philipp Gutruff.

Giải pháp này sử dụng một kỹ thuật, được gọi là di truyền quang học (một kỹ thuật trong khoa học thần kinh) có thể giảm đau cho bệnh nhân sử dụng máy tạo nhịp tim bằng cách "bỏ qua những thụ thể cảm giác đau của tim" đồng thời cũng cho phép máy điều hòa nhịp tim phản ứng với các bất thường khác nhau theo những phương thức tốt hơn.

Các nhà khoa học trích dẫn một ví dụ: Trong cơn rung nhĩ, các ngăn trên và dưới của tim không đập song song và vai trò của máy tạo nhịp tim là làm cho các ngăn tâm nhĩ đập đồng bộ.

Máy tạo nhịp tim không dây, không dùng pin này là một công cụ thay đổi thực sự thay đổi phương pháp điều trị cho bệnh nhân bệnh tim mãn tính. Công nghệ mới phát triển này có thể cung cấp các ứng dụng cứu mạng như khử rung nhĩ, khử rung thất và liệu pháp tái đồng bộ cho bệnh nhân suy tim, nơi kích thích tế bào cụ thể và đa điểm được kích hoạt bằng ánh sáng.

 Thiết bị tạo nhịp tim chỉ sử dụng ánh sáng và kỹ thuật quang di truyền, điều chỉnh các tế bào nhạy cảm với ánh sáng và sử dụng ánh sáng để tác động đến hành vi của các tế bào đó. Ảnh Philipp Gutruff

Igor Efimov, GS kỹ thuật y sinh và y học tại Đại học Northwestern,, nơi thử nghiệm thiết bị trong phòng thí nghiệm cho biết: Các thiết bị tạo nhịp tim hiện nay phải thúc đẩy toàn bộ trái tim những những thiết bị mới này có thể nhắm mục tiêu chính xác hơn nhiều, giúp khử rung tim hiệu quả hơn và ít đau đớn hơn. Công nghệ này giúp cuộc sống của bệnh nhân trên khắp thế giới dễ dàng hơn, đồng thời giúp các nhà khoa học và bác sĩ tìm hiểu thêm về những phương pháp theo dõi và điều trị bệnh tim mới.

Mô hình mới, chưa được thử nghiệm trên người, có bốn cấu trúc giống như cánh hoa được làm bằng màng mỏng, linh hoạt, chứa các nguồn sáng và một điện cực ghi. Những cánh hoa bao bọc trái tim thay đổi hình dạng khi tim đập và thậm chí gấp lại xung quanh các cạnh của cơ quan bảo vệ nó.

Máy tạo nhịp tim mới sử dụng ánh sáng để “tác động” đến tim

Gutruf cho biết: “Các máy tạo nhịp tim hiện tại ghi lại một ngưỡng đơn giản và họ sẽ nói với bạn, 'Điều này đang trở thành rối loạn nhịp tim, bây giờ là cú sốc. Nhưng thiết bị này có một máy tính trên bo mạch, có thể nhập các thuật toán khác nhau cho phép tạo nhịp tim theo cách phức tạp hơn. Thiết bị được tạo ra để theo dõi, nghiên cứu và thực hiện các giải pháp trị liệu hiệu quả hơn."

Thay vì tín hiệu điện, máy tạo nhịp tim mới sử dụng ánh sáng để tác động đến tim. Điều này cho phép thiết bị tiếp tục ghi lại thông tin của tim khi máy tạo nhịp tim phải khử rung tim.

Thiết bị không yêu cầu pin mà sử dụng nguồn điện không dây từ bên ngoài, do đó tiết kiệm cho bệnh nhân điều trị nhịp tim khỏi việc thay thế pin trong thiết bị từ 5 đến 7 năm một lần.

 Sơ độ thiết bị tạo nhịp tim và thử nghiệm trên mô hình động vật chuột. Ảnh Science

Thiết bị thử nghiệm thành công trong mô hình động vật. Một khi công việc được mở rộng, máy điều hòa nhịp tim có thể là một cứu cánh thực sự cho hàng triệu người.

Tóm tắt nghiên cứu:

Theo dõi và kiểm soát chức năng tim là rất quan trọng để điều tra sinh lý bệnh tim mạch và phát triển các liệu pháp cứu sống.  Cụ thể, việc kiểm soát chức năng tim theo thời gian thực với độ phân giải không gian và thời gian cao hiện không thể thực hiện được. Ở đây, chúng tôi giới thiệu một thiết bị không dây không dùng pin với tính toán trên bo mạch để theo dõi, kiểm soát tim theo thời gian thực, sử với kích thích đa điểm cho phép điều biến quang di truyền trên toàn bộ tim của loài gặm nhấm.

Sự tích hợp liền mạch giao diện sinh học với trái tim được duy trì và được kích hoạt nhờ thiết kế của các mảng siêu mỏng, được điều khiển bằng Máy học. Hoạt động dài thời gian, ghi âm nhịp tim và tính toán trên bo mạch được thực hiện ở động vật di chuyển tự do.

Loại thiết bị này hình thành một phương pháp điều trị suy tim hoàn toàn mới, cung cấp một nền tảng để kiểm soát các mô hình điều trị thời gian thực của căn bệnh mãn tính bằng cách giám sát chức năng tim liên tục trong suốt cuộc đời của bệnh nhân.