นักวิจัยที่ Northwestern Universities และ George Washington Universities (GW) ได้พัฒนาเครื่องกระตุ้นหัวใจแบบชั่วคราวเครื่องแรก เป็นอุปกรณ์ไร้สาย ไม่ใช้แบตเตอรี่ สามารถฝังในร่างกายได้ทั้งเครื่อง และจะสลายไปหลังจากไม่จำเป็นต้องใช้งานโดยไม่เป็นอันตรายต่อร่างกาย
     อุปกรณ์ใหม่นี้มีลักษณะบาง น้ำหนักเบา ยืดหยุ่นได้ สามารถใช้ในผู้ป่วยที่ต้องการกระตุ้นหัวใจชั่วคราวหลังจากการผ่าตัดหัวใจหรือในขณะรอรับเครื่องกระตุ้นหัวใจแบบถาวร ส่วนประกอบทั้งหมดของเครื่องกระตุ้นหัวใจสามารถเข้ากันได้ทางชีวภาพกับร่างกายและสามารถดูดซึมเข้าสู่ไบโอฟลูอิด (biofluids) ตามธรรมชาติตลอดเวลา 5-7 สัปดาห์ โดยไม่ต้องผ่าตัดออก
    อุปกรณ์นี้ได้รับพลังงานแบบไร้สายจากเสาอากาศภายนอกโดยใช้ตัวแบบการสื่อสารสนามใกล้ (near-field communication protocols) อันเป็นเทคโนโลยีเดียวกับที่ใช้ในโทรศัพท์สมาร์ทโฟนสำหรับการจ่ายเงินทางอิเล็กทรอนิกส์และในแท็กคลื่นสัญญาณวิทยุ (RFID tags)  วิธีนี้จะทำให้ความจำเป็นที่ต้องใช้แบตเตอรี่ขนาดใหญ่และฮาร์ดแวร์ที่ไม่ยืดหยุ่นนั้นหมดไป รวมทั้งสายไฟ (หรือสายสื่อสัญญาณ/ตัวนำ [leads]) สายสื่อสัญญาณนี้ไม่เพียงแต่จะทำให้เกิดการติดเชื้อ แต่ยังถูกหุ้มไว้ในเนื้อเยื่อแผลเป็น ทำให้เนื้อเยื่อเสียหายมากขึ้นเมื่อถูกนำออกมา
    การศึกษานี้ได้รับการเผยแพร่ในวารสาร Nature Biotechnology รายงานการศึกษาได้แสดงให้เห็นถึงผลลัพธ์ของการใช้อุปกรณ์หลายรุ่นทั้งแบบที่ใช้ในสัตว์ทดลองขนาดเล็กและขนาดใหญ่
    “ฮาร์ดแวร์ที่ถูกวางไว้ที่หัวใจหรือใกล้กับหัวใจจะทำให้เกิดความเสี่ยงต่อการติดเชื้อและอาการแทรกซ้อนอื่น ๆ” John A. Rogers จาก Northwestern ซึ่งเป็นผู้นำการพัฒนาอุปกรณ์ กล่าว
    “เครื่องกระตุ้นหัวใจชั่วคราวแบบไร้สายนี้เอาชนะข้อเสียเปรียบที่สำคัญของอุปกรณ์ชั่วคราวแบบเดิมด้วยการจำกัดความจำเป็นที่จะต้องมีสายตัวนำผ่านผิวหนังสำหรับกระบวนการผ่าตัดนำอุปกรณ์ออก จึงอาจช่วยให้ค่าใช้จ่ายลดลงและให้ผลลัพธ์ที่ดีขึ้นในการดูแลผู้ป่วย อุปกรณ์ชนิดนี้แสดงถึงอนาคตของเทคโนโลยีเครื่องกระตุ้นหัวใจชั่วคราว”
    “บางครั้งผู้ป่วยเพียงแต่ต้องการเครื่องกระตุ้นหัวใจชั่วคราว อาจจะหลังจากการผ่าตัดหัวใจแบบเปิด หรือมีโรคหัวใจวายหรือใช้ยาเกินขนาด” Dr.Rishi Arora แพทย์หทัยวิทยาที่ Northwestern Medicine ซึ่งเป็นผู้นำร่วมในการศึกษานี้กล่าวและว่า “หลังจากหัวใจของผู้ป่วยเสถียรแล้ว เราสามารถนำเครื่องกระตุ้นหัวใจออกได้”
     มาตรฐานปัจจุบันในการรักษา ได้แก่ การสอดเส้นลวดซึ่งจะเข้าที่เป็นเวลา 3 - 7 วัน วิธีนี้มีโอกาสที่จะติดเชื้อหรือหลุดออกได้”

     “แต่แพลทฟอร์มอิเล็กทรอนิกส์แบบใช้ชั่วคราวจะเปิดบทใหม่ทั้งหมดในการวิจัยทางการแพทย์และชีวการแพทย์” Igor Efimov จาก GW ซึ่งเป็นผู้นำร่วมในการศึกษาพร้อมกับ Rogers และ Dr.Arora กล่าวและว่า “วัตถุที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพซึ่งเป็นพื้นฐานของเทคโนโลยีนี้ทำให้มีความเป็นไปได้ที่จะสร้างโฮสต์รวมอุปกรณ์ที่ใช้ชั่วคราวเพื่อการวินิจฉัยและรักษาสำหรับการติดตามความคืบหน้าของโรคและการรักษา รวมทั้งให้การรักษาด้วยไฟฟ้า ยา และการรักษาด้วยเซลล์ การรีโปรแกรมยีนและอื่น ๆ”
สายสื่อสัญญาณกับความเสี่ยง
    ปัจจุบัน การติดตั้งเครื่องกระตุ้นหัวใจแบบชั่วคราวหลังการผ่าตัดหัวใจแบบเปิด  ศัลยแพทย์จะต้องเย็บขั้วไฟฟ้าของเครื่องกระตุ้นหัวใจแบบชั่วคราวบนกล้ามเนื้อหัวใจระหว่างผ่าตัด  ขั้วเหล่านี้จะมีสายสื่อสัญญาณ/ตัวนำออกมาที่ด้านหน้าบนหน้าอกผู้ป่วย เชื่อมต่อกับกล่องกระตุ้นภายนอกที่จะส่งกระแสไปควบคุมจังหวะการเต้นของหัวใจ
    เมื่อไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องกระตุ้นหัวใจแบบชั่วคราวอีกต่อไปแล้ว แพทย์จะนำขั้วไฟฟ้าของเครื่องกระตุ้นหัวใจออก  ซึ่งอาจเกิดภาวะแทรกซ้อนของเครื่องกระตุ้นหัวใจแบบชั่วคราวที่ฝังไว้ ถึงแม้จะไม่เกิดบ่อยก็ตาม ได้แก่ การติดเชื้อ สายสื่อสัญญาณหลุด เนื้อเยื่อฉีกขาดหรือบาดเจ็บ มีเลือดออกและลิ่มเลือด
    ด้วยเครื่องกระตุ้นหัวใจแบบชั่วคราวของ Northwestern และ GW ศัลยแพทย์และผู้ป่วยสามารถหลีกเลี่ยงกระบวนการที่จะเกิดโอกาสเสี่ยงดังกล่าว โดยอุปกรณ์ใหม่ซึ่งสามารถฝังเข้าไปได้ทั้งหมดมีน้ำหนักเบาและบาง ด้วยความหนาเพียง 250 ไมครอน และน้ำหนักน้อยกว่าครึ่งกรัม  อุปกรณ์จะหุ้มขั้วไฟฟ้าเป็นชั้นบาง ๆ วางบนพื้นผิวของหัวใจเพื่อส่งสัญญาณไฟฟ้า

     “แทนที่จะใช้เส้นลวดที่สามารถติดเชื้อและหลุดออกได้ เราสามารถฝังเครื่องกระตุ้นหัวใจที่เข้ากับชีวภาพของร่างกายได้และไม่มีสายสื่อสัญญาณ” Dr.Arora กล่าวและว่า “วงจรถูกฝังโดยตรงไว้บนพื้นผิวของหัวใจ และเราสามารถกระตุ้นการทำได้จากทางไกล  เครื่องกระตุ้นหัวใจแบบใหม่นี้จะ “สลายไป” หรือลดระดับการทำงานลงเอง เมื่อเวลาผ่านไปหลายสัปดาห์ ดังนั้น จึงไม่มีความจำเป็นต้องนำขั้วไฟฟ้าของเครื่องกระตุ้นหัวใจออก
    “โดยอาศัยการดัดแปลงปรับปรุงเพิ่มเติม ในที่สุดอาจมีความเป็นไปได้ที่จะฝังเครื่องกระตุ้นหัวใจที่สลายได้ทางชีวภาพผ่านหลอดเลือดดำที่ขาหรือแขน” เขากล่าวเพิ่มเติม
    “ในตัวอย่างนี้ อาจเป็นไปได้ที่จะให้การกระตุ้นชั่วคราวแก่ผู้ป่วยซึ่งเป็นโรคหัวใจวายหรือผู้ป่วยที่รับการรักษาผ่านสายสวน เช่น การเปลี่ยนลิ้นหัวใจเอออร์ติกผ่านสายสวนโดยไม่ต้องผ่าตัด”
    Dr. Duc Thinh Pham ศัลยแพทย์หัวใจที่ Northewestern Medicine ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการวิจัยนี้ ให้ความเห็นว่า เครื่องกระตุ้นหัวใจแบบชั่วคราวนี้จะช่วยให้ผู้ป่วยรู้สึกสะดวกสบายมากขึ้น ในขณะที่เครื่องกระตุ้นหัวใจในปัจจุบันมักทำให้ผู้ป่วยรู้สึกไม่ค่อยสะดวกสบายอยู่หลายวัน เพราะหลังจากสอดสายสื่อสัญญาณเข้าไป  ผู้ป่วยต้องจำกัดการเคลื่อนไหวและกิจกรรมของตนเพื่อป้องกันไม่ให้สายสื่อสัญญาณหลุด ถ้าอุปกรณ์ใหม่ประสบความสำเร็จจะช่วยผู้ป่วยหลังการผ่าตัดได้อย่างมาก
    “เครื่องกระตุ้นหัวใจแบบชั่วคราวนี้ให้ประโยชน์มาก” Dr. Pham ซึ่งทำศัลยกรรมผ่าตัดหัวใจให้ผู้ป่วยมามากกว่า 2,000 คนตลอดเวลาที่ประกอบวิชาชีพแพทย์ “นอกจากจะแก้ปัญหาหลักของผู้ป่วยหลังการผ่าตัดที่บางครั้งจำเป็นต้องใช้เครื่องกระตุ้นหัวใจชั่วคราวเนื่องจากการอุดกั้นหรือภาวะหัวใจเต้นไม่เป็นจังหวะแล้ว อุปกรณ์นี้ยังช่วยจัดการกับปัญหาลองลงมาคือ ความไม่สะดวกสบายของผู้ป่วย ความสามารถในการเคลื่อนไหวได้อย่างอิสระและการฟื้นฟูอาการ ถ้าทำได้สำเร็จ อุปกรณ์นี้จะช่วยให้ช่วงเวลาหลังการผ่าตัดของผู้ป่วยดีขึ้นอย่างมาก”
    อุปกรณ์นี้เป็นตัวอย่างลำดับที่ 2 ของอุปกรณ์การแพทย์อิเล็กทรอนิกส์ที่สลายได้ทางชีวภาพจากห้องปฏิบัติการของ Rogers ซึ่งได้ศึกษาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบใช้ชั่วคราวมากว่า 10 ปี  ในปี 2018 Rogers และคณะผู้ร่วมงานได้สาธิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สลายได้ในทางชีวภาพเครื่องแรกของโลก เป็นอุปกรณ์ฝังที่สลายได้ทางชีวภาพที่เร่งการฟื้นฟูเส้นประสาทให้เร็วขึ้น  อุปกรณ์ต่าง ๆ ที่สลายได้ทางชีวภาพของคณะทำงานไม่มีอันตรายใด ๆ เหมือน bsorbable stitch  หลังจากอุปกรณ์เสื่อมคุณภาพหมดแล้ว จะสลายหายไปหมดโดยผ่านกระบวนการทางชีวภาพตามธรรมชาติของร่างกาย
    “เรามีความจำเป็นต้องการเครื่องกระตุ้นหัวใจแบบชั่วคราวที่มีคุณภาพดีขึ้น” Dr.Bradley Knight ศาสตราจารย์เกียรติคุณสาขาหทัยวิทยาที่ Feinberg และเป็นหนึ่งในผู้ร่วมการศึกษาครั้งนี้
    “เมื่อได้เรียนรู้เกี่ยวกับเครื่องกระตุ้นเส้นประสาทที่สลายได้ทางชีวภาพเป็นครั้งแรก จึงได้ติดต่อ Prof .Rogers เพื่อศึกษาความเป็นไปได้ของการใช้เทคโนโลยีนี้ในการกระตุ้นหัวใจ  Prof. Rogers ได้เริ่มทำงานกับ Dr. Efimov ไปแล้วเพื่อพัฒนาเครื่องกระตุ้นหัวใจที่สลายได้ทางชีวภาพซึ่งเป็นเครื่องรุ่นเล็ก เพื่อพิสูจน์แนวความคิดนี้
    จากนั้นเราได้ทำงานกับทั้ง 2 คณะ เพื่อพัฒนาเครื่องกระตุ้นหัวใจไร้สายสื่อสัญญาณและสลายตัวได้ทางชีวภาพ ซึ่งเป็นเครื่องรุ่นใหญ่ขึ้น และสามารถให้ประสิทธิผลในระดับของมนุษย์  อุปกรณ์นี้เป็นตัวอย่างที่สำคัญของอุปกรณ์ที่เราสามารถสร้างขึ้นที่ Northwestern โดยเชื่อมความเชี่ยวชาญด้านวิศวกรรมและการแพทย์เข้าด้วยกัน”
    เครื่องกระตุ้นหัวใจแบบชั่วคราวอาจจำเป็นสำหรับผู้ป่วยตั้งแต่การใช้ 2-3 วันจนถึงหลายสัปดาห์ ขึ้นอยู่กับตัวผู้ป่วย คณะทำงานของ Prof. Rogers จะปรับส่วนประกอบและความหนาของวัสดุในอุปกรณ์ เพื่อให้สามารถควบคุมจำนวนวันที่แน่นอนที่เครื่องทำงานก่อนอุปกรณ์จะสลายตัวไป
    “เราสร้างอุปกรณ์เหล่านี้แตกต่างกันตามประเภทวัสดุที่ปลอดภัยและสลายตัวได้ทางชีวภาพ และด้วยสถาปัตยกรรมที่เหมาะสมเพื่อให้มั่นใจในการทำงานที่มีความเสถียรตลอดระยะเวลาที่มากกว่าเวลาที่จำเป็นในทางคลินิก” Prof. Rogers กล่าว
     “เราสามารถสั่งตัดอุปกรณ์เพื่อใช้ให้เหมาะกับช่วงอายุต่าง ๆ ได้  สักวันหนึ่งเทคโนโลยีแบบใช้งานชั่วคราวจะสามารถให้การรักษาสำหรับอาการป่วยต่าง ๆ อย่างกว้างขวาง ด้วยการทำหน้าที่ทางการแพทย์ในเชิงวิศวกรรม”