Сравнение работы человеческого сердца с часовым механизмом не страдает новизной, что, впрочем, не делает эту аналогию менее верной. Точно так же, как часы, вследствие изношенности механизма, со временем начинают отставать, человеческое сердце замедляет свой ритм. Когда частота сердечных сокращений снижается ниже определенной величины, это состояние называют брадикардией.
На протяжение последних шести с лишним десятилетий врачи борются с брадикардией с помощью имплантации пациентам кардиостимуляторов. Это спасает жизни, но со временем инородное тело само начинает становиться серьезным фактором риска. Мало кому это известно лучше, чем члену-корреспонденту РАН Ольге Бокерия, которая за свою профессиональную карьеру имплантировала множество кардиостимуляторов, в том числе, детям, и осложнения, вызываемые этими устройствами, видела собственными глазами. Это привело ее к убеждению в необходимости создания принципиально нового стимулятора.
Профессор Ольга Бокерия в Международной гимназии "Сколково" в октябре 2018 г. Фото: Гимназия "Сколково"
Такой стимулятор создан сколковской компанией All Cardio, генеральным директором которой является профессор Бокерия. На прошлой неделе она участвовала в крупнейшей биомедицинской конференции BIO в Филадельфии, где и было записано это интервью.
В настоящее время кардиохирург может воспользоваться двумя типами стимуляторов. Традиционный тип устройств состоит из провода, имплантируемого в сердце, и собственно стимулятора, который помещают под кожу пациента. Устройство работает от батареи, выдающей метрические импульсы.
Такая конструкция имеет два существенных недостатка. Батарею надо время от времени заменять. Но главную проблему представляют провода, которые могут ломаться, перегибаться, перепутываться, что нарушает функцию клапанов сердца, и тогда необходимо либо убрать вросший в сердечную ткань провод – но это серьезная операция, в ходе которой нужно открыть грудную клетку и остановить сердце, - либо поместить в сердце новый, дополнительный, провод.
«Одним словом, это небезопасная тема, и поэтому на сегодняшний день вся индустрия кардиостимуляции стремится к разработке беспроводного стимулятора, - говорит Ольга Бокерия. – Проблема в том, что те беспроводные кардиостимуляторы, которые уже созданы компаниями Medtronic и Abbott, все равно необходимо помещать внутрь сердца. Таким образом, создаются предпосылки для того, чтобы там образовывались тромбы, а сами устройства могут цепляться за структуры сердца. И пока не существует никакой зарегистрированной технологии для того, чтобы их извлечь. Когда батарея заканчивается, условного говоря, через 10 лет, мы должны закинуть туда еще одно устройство – оно размером с пульку. Medtronic показал на животных, что в сердце можно безопасно поместить три таких «пульки».
Генеральный директор компании All Cardio проф. Ольга Бокерия на стенде "Сколково" на конференции BIO в Филадельфии. Июнь 2019 г. Фото: Sk.ru
Возможно ли избежать того, чтобы имплантировать в сердце провода или собственно стимулятор? Компания All Cardio создала девайс нового поколения, который укрепляется на наружной поверхности сердца. «Тем самым решаются сразу две проблемы: убираются провода и исключаются внутренние осложнения в сердце, - говорит профессор Бокерия. - Но у нас остается некоторая проблема, которая связана с батареей. Наша батарея рассчитана примерно на 15 лет, и поэтому мы работаем над технологией, позволяющей забирать кинетическую энергию сердца, которую оно производит во время сокращения, и превращать ее в электрическую энергию, чтобы использовать для кардиостимуляции».
Ольга Бокерия сравнивает такую систему с механизмом подзарядки самозаводящихся от движения механических часов: «Похожий принцип заложен в нашу микроэлектромеханическую систему (МЭМС). В принципе аналогичные работы в мире существуют, но пока они все находятся на этапе экспериментов. Наша версия более продвинутая».
К этому решению компания All Cardio пришла не сразу. В 2013 году экспериментировали с крохотными пьезоэлементами, которые способны производить энергию за счет изменения своей формы. Но пьезокристаллы, доступные на тот момент, оказались неустойчивыми и быстро разрушались. МЭМС на сегодняшний день представляется оптимальным решением. Отработку его собеседница Sk.ru называет «основным этапом развития проекта» - с учетом того, что сам девайс представляет собой работающее устройство, которое имплантировано нескольким пациентам.
Видео: All Cardio.
Для любой технологической отрасли XXI века проблема батареи сегодня является ключевой – от электротранспорта до космических ракет и до медицины. В случае с кардиологией речь идет о решении, затрагивающем уже сегодня миллионы человек, а с учетом неуклонного старения населения, речь потенциально идет о десятках миллионов.
«В мире ежегодно имплантируется примерно миллион кардиостимуляторов, и еще, наверное, столько же, если не больше, заменяется, - рассказывает гендиректор All Cardio. - К этому надо добавить, что с каждым годом количество людей, которым нужны кардиостимуляторы, увеличивается за счет старения населения. После 60 лет каждый год у человека умирает примерно 3% проводящей системы сердца: у кого-то больше, у кого-то меньше. В сердце есть мышечные клетки, а есть клетки, которые обладают способностью самозаряжаться и саморазряжаться. За счет этих клеток наше сердце постоянно получает информацию о том, что это должно сокращается. Когда эти клетки погибнут, человек либо умрет от остановки сердца, либо ему поставят стимулятор.
К 90-а годам почти каждому из доживших до этого возраста потребуется какая-то помощь в этом плане. Поэтому если обратиться к популяции людей, которым за 80, очень многие из них будут пользоваться стимулятором», - поясняет она.
Ольга Бокерия в Международной гимназии "Сколково" рассказала студентам о том, как работает сердце. Фото: Гимназия "Сколково"
Между тем, брадикардия поражает не только стариков, но и детей, и именно для детей ныне используемые кардиостимуляторы мало приемлемы, о чем профессору Бокерия хорошо известно по ее профессиональному опыту.
«Когда ребенку имплантируют обычный проводной кардиостимулятор, ребенок растет, провода натягиваются, и либо они в какой-то момент порвутся или начнут подтягивать на себя структуры сердца, и нужно будет поставить новый провод, либо, не дай бог, образуется тромб, и тогда придется делать открытую операцию – разрезать грудную клетку, остановить сердце, достать оттуда электроды, закрыть, подшить новые электроды снаружи и, запустить сердце.
Наш стимулятор не вызовет этих осложнений, пациент с нашим стимулятором может не бояться этой проблемы вообще. Единственное, что потребуется человеку с таким стимулятором, как со всеми остальными на сегодняшний день, его через какое-то время придется поменять. Мы делаем маленький разрез в межреберной области, сердце не останавливаем; мы просто находим верхушку сердца и вкручиваем туда наш аппаратик. Человек находится под наркозом, но это несопоставимо с теми осложнениями, которые могут возникнуть у человека с обычным стимулятором. Кто-то говорит, что наш девайс хуже традиционных, потому что те ставят под местной анестезией, а наш – под общей. Но получасовое нахождение под общим наркозом несопоставимо с теми осложнениями и с теми операциями, которые могут потребоваться человеку, у которого стоит обычный аппарат».
Участие компании All Cardio в BIO свидетельствует об интересе, который ее разработка представляет для глобальной индустрии. «Перспективы продвижения на мировой рынок хорошие в силу того, что на сегодняшний день такого устройства нигде нет, - считает Ольга Бокерия. - Наш девайс – единственный, который прошел доклинические испытания, и у нас есть два пациента с такими стимуляторами. Это открывает перед нами большие перспективы. Благодаря «Сколково», мы уже второй год ездим на BIO. Также благодаря «Сколково» мы продвинулись в защите интеллектуальной собственности, в проведении патентных исследований. Так что мы движемся вперед. Надо подчеркнуть, что проект финансировался, а некоторая часть его и сейчас продолжает финансироваться Министерством образования и науки, и большая его часть была создана при государственной поддержке. Надеюсь, нас и дальше будут поддерживать», - говорит Ольга Бокерия.