Wielu pacjentów wymaga tymczasowych rozruszników serca w przypadku krótkotrwałych problemów z sercem, takich jak wolne tętno podczas rekonwalescencji po operacji serca. Inżynierowie skonstruowali najmniejszy w świecie rozrusznik serca, mniejszy niż ziarnko ryżu. Można go wszczepić przy użyciu technik małoinwazyjnych, a gdy przestanie być potrzebny rozpuszcza się w organizmie. Wszczepienie na określony czas konwencjonalnych rozruszników serca (rys.1), oraz ich późniejsze usunięcie, wymagają inwazyjnych operacji. Podczas tych zabiegów może dojść do infekcji lub uszkodzenia mięśnia sercowego – Neil Armstrong, pierwszy człowiek na Księżycu, zmarł podczas usuwania przewodów do tymczasowego rozrusznika serca.
Rys. 1 Klasyczny kardiostymulator
Aby uniknąć tego typu problemów, zespół naukowców opracował w 2021 roku pierwszy rozpuszczalny rozrusznik serca (Fully implantable and bioresorbable cardiac pacemakers without leads or batteries, Nature Biotechnology vol. 28, pp. 1228–1238, czerwiec 2021).
Choć urządzenie wielkości monety (średnica 25 mm) dobrze funkcjonowało w eksperymentach na zwierzętach, kardiochirurdzy postawili pytanie do specjalistów z zakresu bioinżynierii o możliwość dalszej miniaturyzacji rozruszników serca, mając na uwadze zastosowania w pediatrii i neonatologii. Około 1 procent dzieci rodzi się z wrodzonymi wadami serca i podczas leczenia takich wad dzieci na ogół potrzebują rozruszników serca na określony czas, ponieważ ich serca zaczynają funkcjonować prawidłowo po około siedmiu dniach. Istniała zatem potrzeba stworzenia tymczasowego rozrusznika serca, który byłby tak mały, jak to tylko możliwe, dla małych, delikatnych serc noworodków. „Zmotywował nas przedstawiony cel: dzieci urodzone z wrodzonymi wadami serca” – mówi Igor Efimov, profesor inżynierii biomedycznej i kardiologii na Northwestern University w Evanston, Illinois. Efimov i jego współpracownicy, konstruktorzy ww. rozrusznika z 2021 roku, opublikowali wiosną 2025 roku wyniki prac prowadzonych nad miniaturyzacją urządzenia (Millimetre-scale bioresorbable optoelectronic systems for electrotherapy, Nature vol. 640, pp. 77–86, kwiecień 2025). Zaprezentowany w artykule nowy rozrusznik serca, ważący 13,8 miligrama, ma wymiary 1,8×3,5×1 mm i mieści się w końcówce strzykawki. Można go zatem wszczepić za pomocą zastrzyku przez nacięcie skóry o szerokości mniejszej niż 3 mm.
Rozrusznik serca wykonany w 2021 roku był zasilany bezprzewodowo z pomocą anteny, która ograniczała dalszą miniaturyzację. Natomiast nowe urządzenie ma elektrody, które generują prąd elektryczny pod wpływem płynów ustrojowych. Zamiast korzystać z bezprzewodowej komunikacji bliskiego pola do zasilania, nowy rozrusznik pracuje dzięki działaniu ogniwa galwanicznego, czyli prostej baterii, która przekształca energię chemiczną w energię elektryczną. Konkretnie, rozrusznik serca wykorzystuje dwa różne metale jako elektrody do dostarczania impulsów elektrycznych do serca. W kontakcie z otaczającymi biopłynami elektrody tworzą baterię, produkując prąd elektryczny, zasilający stymulator.
Rys. 2 Nowy rozrusznik w otoczeniu ziaren ryżu
Podobnie jak wersja z 2021, nowe urządzenie może się rozpuścić i zostać wchłonięte przez organizm po określonym okresie użytkowania – albo dniach, albo tygodniach, ponieważ naukowcy odkryli, że mogą kontrolować czas, w którym rozrusznik serca pozostaje funkcjonalny, zmieniając skład i ilość materiałów w urządzeniu. Nowy rozrusznik serca nie koliduje również z obrazowaniem za pomocą rezonansu magnetycznego czy tomografii komputerowej.
Badacze połączyli nowy rozrusznik serca z małym, elastycznym plastrem, który umieszcza się na klatce piersiowej pacjenta. Plaster ten jest sensorem, wykrywającym nieregularne bicie serca, co uruchamia automatycznie emisję impulsów światła w podczerwieni. Prześwituje ono przez skórę pacjenta, mostek i mięśnie do bezprzewodowego sterowania rozrusznikiem serca, włączając się i wyłączając z częstotliwością odpowiadającą żądanemu rytmowi serca. Skuteczność działania nowego rozrusznika została sprawdzona laboratoryjnie na zwierzętach, takich jak myszy, szczury, psy i świnie, a także w ludzkich sercach w procesie transplantacji. Pomimo swoich rozmiarów procedura stymulacji była taka jak przy zastosowaniu pełnowymiarowego stymulatora. Nadzwyczajnie małe rozmiary rozrusznika umożliwiają bezpieczne rozmieszczenie ich w całym sercu. Taka konfiguracja może umożliwić bardziej złożoną stymulację wielu obszarów serca w celu przywrócenia regularnego rytmu. Badacze dodają, że mogą również włączyć przedstawiane rozruszniki do innych procedur medycznych, takich jak wymiana zastawek serca, aby pomóc kardiologom w radzeniu sobie z powikłaniami, które mogą wystąpić podczas rekonwalescencji pacjenta.