Naukowcy opracowujący delikatniejsze, trwalsze sztuczne serce

Nicholas Cohrs i jego koledzy z Laboratorium Materiałów Funkcjonalnych ETH Zurich University w Szwajcarii mają nową koncepcję tego, co nazywają miękkim sztucznym sercem.

Poprzez rozwijanie sztucznego serca, które bardzo przypomina serce własne odbiorcy, Cohrs i jego zespół mają nadzieję stworzyć urządzenie, które może utrzymywać pacjentów przy życiu przez lata bez potrzeby kolejnego ryzykownego zabiegu przeszczepu.

ReklamaReklama Przez prawie 50 lat chirurdzy przeszczepiali sztuczne serca pacjentom, którzy w przeciwnym razie umarliby z powodu niewydolności serca.

Urządzenia te wykonane są z tworzywa sztucznego i metalu. Mogą podtrzymywać życie przez kilka dni, a nawet miesięcy, podczas gdy pacjenci czekają na serca dawców.

W niektórych przypadkach sztuczny przeszczep serca może być trwały i może trwać kilka lat, ale prawdopodobieństwo przeżycia ponad czterech lat wynosi mniej niż 60 procent. Rekord najdłużej żyjący ze sztucznym sercem to pięć lat.

Ogłoszenie

Powikłania, które mogą wystąpić w wyniku przeszczepienia sztucznego serca, obejmują krwawienie, zakażenie i niewydolność narządów.

Częstym problemem ze sztucznym sercem jest ich tendencja do krzepnięcia krwi ze względu na ich sztywny skład.

ReklamaReklama Zakrzepy krwi mogą prowadzić do udarów.

Próba miękkiego, spersonalizowanego dotyku

Sztuczne serce o mniejszej sztywności może poprawić przepływ krwi i zmniejszyć szanse na krzepnięcie.

Początkowo Cohrs i jego zespół eksperymentowali z silikonem, substancją, która na ogół nie jest reakcyjna, stabilna i odporna na ekstremalne warunki. Ma również kilka aplikacji do nauki o życiu.

"Oczywiście silikon jest sztucznym materiałem, który nie jest ludzką tkanką i nie może bezpośrednio do niego przypominać" - powiedział Cohrs Healthline. "Jest to jednak miękki materiał i może w pewnym stopniu naśladować właściwości materiału ludzkiej tkanki. Używamy go, ponieważ jest to ustalony materiał na implanty i dostępny od wielu różnych dostawców. "

Silikonowe serce zostało zaprojektowane przy użyciu oprogramowania wspomagającego projektowanie komputerowe (CAD), wytwarzając miękkie organy, które przypominają ludzkie serce w kompozycji, formie i funkcji.

ReklamaReklama W przypadku rzeczywistego przeszczepu badanie CT serca pacjenta stanowiło podstawę projektu, zapewniając jego ścisłe dopasowanie.

Wymagane są modyfikacje kształtu serca, aby umożliwić mu samodzielne poruszanie się, w tym komorę, która pompuje powietrze i wydycha powietrze.

W swoich eksperymentach zespół Cohrsa użył drukarki 3D do stworzenia plastikowej formy serca.

Ogłoszenie

"Nasze sztuczne serce produkujemy nie bezpośrednio za pomocą druku 3D, ale potrzebujemy drukarek 3D, ponieważ nie jest możliwe wyprodukowanie takiego miękkiego urządzenia przy użyciu tradycyjnych technik produkcyjnych" - mówi Cohrs."My 3D drukujemy negatyw z serca i używamy go jako formy, którą później rozpuścimy. "

Początkowo forma była wypełniona silikonem, co dało 13-uncjowe serce - urządzenie o około jedną trzecią cięższe od przeciętnego dorosłego serca.

ReklamaReklama Po wszczepieniu będzie przyszyta do zastawek, tętnic i żył i zasilana przez przenośny, zewnętrzny sterownik pneumatyczny.

Cohrs i jego zespół przetestowali swoje silikonowe serce w kwietniu 2016 r., Umieszczając je w hybrydowej sztucznej maszynie cyrkulacyjnej. Wyniki potwierdziły, że przepływ krwi w sercu silikonowym naśladował przepływ krwi w prawdziwym ludzkim sercu.

Jednak serce silikonowe trwało około 3 000 uderzeń serca przed pęknięciem od stresu. Przy odpoczynku serca wynoszącym 60 uderzeń na minutę serce zawodzi w mniej niż godzinę.

Ogłoszenie

Naukowcy opublikowali swoje odkrycia w czasopiśmie Artificial Organs

Patrząc poza silikon

Od czasu początkowych eksperymentów zespół Cohrs przeszedł z silikonu na inne materiały.

ReklamaReklama "Testujemy różne polimery, aby uczynić sztuczne serce bardziej stabilnym i wydłużyć jego żywotność" - powiedział Cohrs. "Zmieniliśmy również i zoptymalizowaliśmy geometrię. "

Ich ostatnie serce trwa 1 milion uderzeń serca - czyli około 10 dni życia.

Dalsze modyfikacje poprawią pracę serca, chociaż może minąć kilka dziesięcioleci, zanim będzie można przystąpić do rzeczywistych testów.

"Naszym ostatecznym celem byłoby oczywiście miękkie sztuczne serce, które może wytworzyć fizjologiczny, naturalny przepływ krwi, ma wystarczającą trwałość i nie powoduje niepożądanych zdarzeń" - powiedział Cohrs. "To, czy jest to możliwe, jest wciąż nieznane, ale byliśmy zadowoleni z pierwszych wyników. "

" Opracowanie tak skomplikowanego wewnętrznego sztucznego implantu jest bardzo trudne i zajmuje dużo czasu "- dodał Cohrs. "Nie możemy naprawdę przewidzieć, kiedy możemy mieć ostateczne serce pracy, które spełnia wszystkie wymagania i jest gotowe do implantacji. Zwykle trwa to latami. "

" Ale wraz z publikacją naszych badań, przedstawiliśmy dowód na potwierdzenie miękkości w sztucznej terapii serca. "

Proces, którego używają Cohrs i jego zespół - korzystając z prostego oprogramowania CAD i drukowania 3D - może pozwolić na powszechną dostępność spersonalizowanych sztucznych serc.

Te serca z kolei mogą trwać dłużej niż dzisiejsze urządzenia - może nawet 15 lat i mam nadzieję, że przez resztę życia odbiorcy.