O echipă de cercetători de la University of Wisconsin-Madison a dezvoltat un stimulator cardiac intracardiac fără baterie, alimentat chiar de mișcările inimii.
Stimulatorul nu folosește o baterie convențională, ci transformă mișcarea inimii în energie electrică.
Nanogeneratorul a produs în laborator 276,6 microwați pe centimetru cub, o densitate de putere considerabil mai mare decât cea raportată pentru unele nanogeneratoare miniaturizate anterioare.
Într-un test pe porc, prototipul a reușit să alimenteze stimularea cardiacă timp de o lună, fără reacții adverse suplimentare față de cele asociate în mod obișnuit cu stimulatoarele intracardiace.
Tehnologia nu este încă disponibilă pentru pacienți. Cercetătorii mai trebuie să rezolve problema transformării eficiente a mișcărilor naturale, de răsucire, ale inimii în mișcarea necesară nanogeneratorului.
Ideea pare desprinsă dintr-un film SF: un dispozitiv implantat în inimă care își produce singur energia de care are nevoie, folosind chiar mișcarea organului pe care îl monitorizează.
Cercetătorii de la University of Wisconsin-Madison lucrează la o asemenea soluție. Condusă de Pengfei Chen, cercetător postdoctoral în știința și ingineria materialelor, echipa a creat un nanogenerator triboelectric oscilant suficient de mic pentru a fi integrat într-un stimulator cardiac intracardiac.
Spre deosebire de un stimulator convențional, care depinde de energia stocată într-o baterie, noul sistem încearcă să recupereze energia mecanică produsă în mod natural de fiecare bătaie a inimii.
Rezultatele cercetării au fost publicate în Science Advances, în ediția din 19 august 2026.
Stimulatoarele cardiace au evoluat enorm în ultimele șapte decenii. Primele dispozitive erau voluminoase și necesitau înlocuiri frecvente. Astăzi, stimulatoarele sunt mult mai mici, sofisticate și capabile să detecteze activitatea inimii și să ajusteze stimularea în timp real.
Una dintre cele mai importante schimbări a venit în 2016, odată cu introducerea stimulatoarelor cardiace intracardiace fără electrozi, precum Micra™. Aceste dispozitive au dimensiunea aproximativă a unei capsule mari și pot fi introduse printr-un cateter, prin vena femurală, până în ventriculul drept.
Avantajul este major: nu mai este nevoie de implantarea unui generator în piept și nici de electrozi care să traverseze venele până la inimă. Recuperarea poate fi mai rapidă, iar anumite complicații asociate sistemelor convenționale pot fi reduse.
Dar există o problemă care nu a dispărut: bateria.
La un stimulator intracardiac, bateria reprezintă mai mult de jumătate din dimensiunea și greutatea dispozitivului și are, în general, o durată de viață de aproximativ șapte până la zece ani.
Pentru un pacient vârstnic, acest lucru poate însemna un număr limitat de intervenții. Pentru un pacient tânăr care depinde de stimulare cardiacă, însă, situația este cu totul diferită. De-a lungul vieții pot fi necesare mai multe dispozitive.
Iar înlocuirea unui stimulator aflat deja în interiorul inimii nu este o procedură simplă. Dispozitivul vechi poate fi dificil de îndepărtat și, în anumite situații, poate fi lăsat pe loc atunci când este implantat unul nou.
De aici pornește întrebarea cercetătorilor: dacă inima se mișcă neîncetat, de ce să nu folosim această mișcare pentru a alimenta dispozitivul?
Pentru a face acest lucru, echipa lui Chen și Wang a apelat la un nanogenerator triboelectric.
Principiul este mai ușor de înțeles decât pare. Atunci când două materiale cu proprietăți electrice diferite intră în contact și apoi se separă, poate apărea o redistribuire a sarcinilor electrice. Acest fenomen, cunoscut drept efect triboelectric, poate fi exploatat pentru generarea de energie.
Cercetătorii au construit structuri triboelectrice oscilante care pot fi montate în interiorul carcasei de titan a unui stimulator cardiac intracardiac, în jurul ansamblului electronic central.
Structurile conțin perechi de plăci de electrozi. Pe una dintre suprafețe se află un strat pozitiv de cupru, iar pe cealaltă un strat negativ realizat dintr-o peliculă de etilenă-propilenă fluorurată.
Atunci când inima se contractă și se mișcă, structurile sunt comprimate. Plăcile cu sarcini opuse se apropie, apoi se separă din nou. Această mișcare foarte mică produce o sarcină electrică.
Energia rezultată poate fi folosită direct pentru funcționarea stimulatorului sau poate fi acumulată într-un mic condensator integrat.
Cu alte cuvinte, fiecare bătaie a inimii ar putea contribui la încărcarea propriului stimulator cardiac.
Pentru cercetători, simpla generare a unei cantități de electricitate nu este suficientă.
„Pentru un dispozitiv de acest gen, nu este vorba doar de producerea de energie. Densitatea de putere este cel mai important aspect. Trebuie să obții suficientă putere într-un volum suficient de mic”, a explicat Xudong Wang, profesor de știința și ingineria materialelor la UW-Madison și coordonator al cercetării.
Iar aici se află una dintre reușitele importante ale noului sistem.
Nanogeneratorul a atins în testele de laborator o densitate a puterii de ieșire de 276,6 microwați pe centimetru cub. Potrivit cercetătorilor, valoarea este cu un ordin de mărime mai mare decât cea obținută de nanogeneratoare similare anterioare și este suficientă pentru necesarul stimulatorului cardiac testat.
Dimensiunea este însă la fel de importantă ca puterea.
Echipa a trebuit să reducă generatorul astfel încât acesta să poată fi introdus în spațiul ocupat anterior de bateria unui dispozitiv Micra, fără să mărească dimensiunile totale ale stimulatorului.
Miniaturizarea nu a fost deloc simplă.
Un dispozitiv implantat într-o inimă trebuie să reziste la mișcări repetate, zi după zi, an după an. Nu este suficient ca generatorul să funcționeze câteva mii sau câteva milioane de cicluri într-un laborator. El trebuie să reziste, potențial, la miliarde de mișcări pe durata vieții.
„A trebuit să ne gândim cum să echilibrăm stabilitatea și flexibilitatea, astfel încât acesta să poată oscila de milioane și milioane de ori, păstrând totuși comportamentul mecanic dorit”, a explicat Chen.
Cercetătorii au optimizat inclusiv poziționarea și lățimea firelor, grosimea plăcilor de electrod și grosimea substratului.
Pentru ca un asemenea implant să fie viabil, fiecare detaliu contează: dispozitivul trebuie să fie suficient de flexibil pentru a se mișca, dar suficient de robust pentru a nu se deteriora în timp.
Rezultatele de laborator au fost urmate de teste pe animale.
Cercetătorii au implantat prototipul într-un porc și au urmărit atât funcționarea acestuia, cât și biocompatibilitatea timp de o lună.
În timpul testelor funcționale, nanogeneratorul a reușit să furnizeze energia necesară pentru stimularea cardiacă. Echipa nu a observat reacții adverse suplimentare față de cele asociate stimulatoarelor cardiace intracardiace convenționale alimentate de baterii.
Este un rezultat important, dar trebuie pus în context: un test pe un animal, desfășurat timp de o lună, nu demonstrează că dispozitivul poate funcționa întreaga viață la om.
Este însă o etapă necesară pentru a arăta că principiul poate funcționa într-un organism viu.
Există însă o problemă esențială.
În laborator, dispozitivul a produs o putere impresionantă. În interiorul inimii porcului, puterea maximă nu a fost la fel de mare.
Motivul? Inima nu se mișcă exact așa cum și-ar dori nanogeneratorul.
Țesutul cardiac este moale și absoarbe o parte din mișcarea mecanică. În plus, mișcarea naturală a inimii este complexă și include o importantă componentă de răsucire. Nanogeneratorul funcționează cel mai eficient atunci când este comprimat și eliberat într-o mișcare asemănătoare unei oscilații verticale.
Așadar, următoarea provocare este să găsească o modalitate de a transforma mișcarea neregulată și complexă a inimii într-o oscilație mecanică suficient de eficientă pentru producerea constantă de energie.
„Vrem să descoperim cum să transformăm eficient mișcarea mai neregulată a inimii în această oscilație mecanică”, a spus Wang.
Scopul este obținerea unei surse de energie suficiente și stabile direct din inima aflată în funcțiune.
Pentru dr. Daniel Modaff, electrofiziolog cardiac la UW Hospital and Clinics și coautor al studiului, miza nu este doar eliminarea unei baterii.
Una dintre marile probleme clinice ale stimulatoarelor cardiace este necesitatea intervențiilor pentru înlocuirea generatorului atunci când bateria se epuizează.
„Aștept cu nerăbdare o lume în care să putem implanta un singur dispozitiv care să dureze toată viața unui pacient”, a spus Modaff, considerând cercetarea un pas important către acest obiectiv.
Iar potențialul tehnologiei ar putea fi chiar mai larg.
O sursă de energie mică, autonomă și capabilă să folosească energia produsă de organism ar putea oferi cercetătorilor mai multă libertate în proiectarea unor implanturi cardiace de dimensiuni reduse.
Acestea ar putea, în viitor, să includă nu doar funcții de stimulare, ci și senzori pentru monitorizare, capacități diagnostice și alte funcții terapeutice.
„Ceea ce mă entuziasmează cel mai mult la această tehnologie nu este doar capacitatea sa de a alimenta un stimulator cardiac, ci modul în care ar putea face posibilă următoarea generație de dispozitive cardiace implantabile”, a explicat Eric Schmuck, expert în cardiologie la animale mari și membru al echipei de cercetare.
Deși rezultatele sunt promițătoare, dispozitivul nu trebuie confundat cu un produs medical disponibil.
Cercetarea se află încă în etapa preclinică. Mai sunt necesare teste suplimentare pentru a demonstra siguranța, fiabilitatea, durabilitatea și capacitatea sistemului de a furniza suficientă energie pe termen lung.
Cercetătorii spun că generatorul este relativ ieftin de produs și suficient de robust mecanic pentru a putea, potențial, să reziste pe durata de viață a stimulatorului. Dispozitivul a fost înregistrat la Wisconsin Alumni Research Foundation, însă comercializarea și utilizarea clinică ar putea fi la câțiva ani distanță.
Adevărata provocare este acum să demonstreze că energia produsă în laborator poate fi obținută constant și suficient în interiorul inimii unui organism viu.
Dacă echipa reușește, însă, conceptul ar putea schimba fundamental modul în care sunt gândite dispozitivele cardiace implantabile: în loc ca pacientul să poarte în interiorul inimii o sursă de energie care, inevitabil, se epuizează, implantul ar putea folosi permanent una dintre cele mai constante surse de mișcare din corpul uman, inima însăși.
Cercetarea, realizată de Pengfei Chen și colaboratorii săi, poartă titlul „Stimulator cardiac intracardiac fără electrozi, cu alimentare autonomă, alimentat de un nanogenerator triboelectric” și a fost publicată în Science Advances la 19 august 2026.
DOI: 10.1126/sciadv.aef8903.