Research press release

バイオテクノロジー:電池不要で吸収される一時的な心臓ペースメーカー

Nature Biotechnology

Biotechnology: An absorbable, temporary, battery-free cardiac pacemaker

電池やケーブルがなくても働き、一定期間が経つと体内で完全に吸収される、一時的な埋め込み型心臓ペースメーカーについて報告する論文が、Nature Biotechnology に掲載される。この装置は、一連の動物モデルで試験済みであり、心拍数の維持に一時的に助けを必要とする、心臓手術の回復期患者の役に立つ可能性がある。

一時的な埋め込み型の心臓ペースメーカーは、外部のハードウエアと皮膚を介して管やケーブルで接続しているのが一般的で、これらが感染リスクをもたらし、患者の動きを制限する。その上、ペーシングが不要になったときには埋め込んだ装置を除去するので、心臓の組織を傷付けるリスクもある。こうした制限は、ケーブルでつながなくても動作し、役割を果たした後は体内で溶けてしまう装置を作ることで克服できる可能性がある。

今回、Rishi Arora、Igor Efimov、John Rogersたちの研究チームは、手術後の心拍数と心拍リズムを制御するための、薄くて軽量な完全埋め込み型の心臓ペースメーカーを開発した。この装置は、ワイヤレス電力伝送によって給電するため、ケーブルも電池も不要であり、これを構成しているのは、プログラム可能な一定時間後に自然な生物学的過程によって体内に吸収される物質である。この物質には可塑性があるため、この装置は心臓の曲面にフィットして、その動きに適応できる。検証の結果、このペースメーカーは、ヒト心臓の切片やマウス、ラット、ウサギ、イヌの心臓の収縮を引き起こすことができ、ラットでは埋め込み後3か月以内に完全に分解されることが明らかになった。

このような装置の開発によって、手術後に一時的にペースメーカーが必要な患者が、より安全性の高い治療を受けられるようになるかもしれない。

A temporary, implantable cardiac pacemaker that works without cables or batteries and is fully absorbed by the body after a defined period of time is described in a paper published in Nature Biotechnology this week. The device, which has been tested in a series of animal models, could help patients recovering from heart surgery who are in need of temporary support to maintain their heart rate.

Temporary implantable cardiac pacemakers typically feature tubes and connections inserted through the skin, with external hardware that carries a risk of infection and limits patient mobility. Moreover, when pacing is no longer needed, removal of the implanted device carries the risk of damaging heart tissue. These limitations could be overcome by creating a device capable of operating without leads and with the capacity to dissolve in the body after the operation.

Rishi Arora, Igor Efimov, John Rogers and colleagues developed a fully implantable, thin and lightweight cardiac pacemaker for postoperative control of heart rate and rhythm. The device is powered via wireless energy transfer, making it leadless and battery-free, and comprises constituent materials that are absorbed into the body by natural biological processes after a programmable timeframe. The flexibility of these materials also allows the device to conform to the curved surface of the heart and adapt to its movements. Testing revealed the capacity of this pacemaker to successfully pace human cardiac slices and mouse, rat, rabbit and canine hearts, and to completely degrade within three months of implantation in rats.

Such developments in this field may provide safer solutions for patients requiring postoperative temporary pacing technology.

doi: 10.1038/s41587-021-00948-x

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

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