Επιστήμονες που αναπτύσσουν μαλακότερο, μακρύτερη διαρκή τεχνητή καρδιά

Ο Nicholas Cohrs και οι συνεργάτες του στο Εργαστήριο Λειτουργικών Υλικών του Πανεπιστημίου ETH Zurich στην Ελβετία έχουν μια νέα αντίληψη για αυτό που ονομάζουν μαλακή τεχνητή καρδιά.

Με την ανάπτυξη μιας τεχνητής καρδιάς που μοιάζει πολύ με την καρδιά ενός παραλήπτη, οι Cohrs και η ομάδα του ελπίζουν να δημιουργήσουν μια συσκευή που θα κρατάει τους ασθενείς ζωντανούς για χρόνια χωρίς να χρειάζεται άλλη χειρουργική επέμβαση μεταμόσχευσης.

ΔιαφήμισηΗ διαφήμιση

Για σχεδόν 50 χρόνια, οι χειρουργοί έχουν μεταμοσχεύσει τεχνητές καρδιές σε ασθενείς που διαφορετικά θα πεθάνουν από καρδιακή ανεπάρκεια.

Αυτές οι συσκευές είναι κατασκευασμένες από πλαστικό και μέταλλο. Μπορούν να διατηρήσουν τη ζωή για μέρες και ακόμη και μήνες, ενώ οι ασθενείς περιμένουν καρδιές δωρητών.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, μια τεχνητή μεταμόσχευση καρδιάς μπορεί να είναι μόνιμη και να διαρκέσει για αρκετά χρόνια, αλλά η πιθανότητα να επιβιώσει περισσότερο από τέσσερα χρόνια είναι μικρότερη από 60 τοις εκατό. Το ρεκόρ για το μεγαλύτερο χρονικό διάστημα που ζει με μια τεχνητή καρδιά είναι πέντε χρόνια.

Διαφήμιση

Οι επιπλοκές που μπορεί να προκύψουν από τεχνητή μεταμόσχευση καρδιάς περιλαμβάνουν αιμορραγία, λοίμωξη και ανεπάρκεια οργάνων.

Ένα κοινό πρόβλημα με τις τεχνητές καρδιές είναι η τάση τους να επιτρέπουν στο αίμα να πήξει λόγω της άκαμπτης σύνθεσης.

ΔιαφήμισηΗ διαφήμιση

Οι θρόμβοι αίματος μπορεί να οδηγήσουν σε εγκεφαλικά επεισόδια.

Προσπαθώντας μια μαλακή, εξατομικευμένη αφή

Μια τεχνητή καρδιά με λιγότερη ακαμψία, τότε, θα μπορούσε να βελτιώσει τη ροή του αίματος και να μειώσει τις πιθανότητες θρόμβωσης.

Αρχικά, οι Cohrs και η ομάδα του πειραματίστηκαν με σιλικόνη, μια ουσία που είναι γενικά μη αντιδραστική, σταθερή και ανθεκτική στα ακραία περιβάλλοντα. Έχει επίσης πολλές εφαρμογές επιστήμης της ζωής.

Η καρδιά σιλικόνης σχεδιάστηκε με τη βοήθεια λογισμικού σχεδιασμού με υπολογιστή (CAD), παράγοντας ένα μαλακό όργανο που μοιάζει με την ανθρώπινη καρδιά σε σύνθεση, μορφή και λειτουργία.

Διαφήμιση

Για μια πραγματική μεταμόσχευση, μια αξονική τομογραφία της καρδιάς του ασθενούς θα αποτελέσει τη βάση του σχεδιασμού, διασφαλίζοντας ότι είναι στενή.

Απαιτούνται σχεδιαστικές τροποποιήσεις στην καρδιά για να μπορούν να κινούνται μόνοι τους, συμπεριλαμβανομένου ενός θαλάμου που φουσκώνει και εκπέμπει με πεπιεσμένο αέρα.

Στα πειράματά τους, η ομάδα των Cohrs χρησιμοποίησε ένα 3D εκτυπωτή για να δημιουργήσει ένα πλαστικό καλούπι της καρδιάς.

Διαφήμιση

"Κατασκευάζουμε την τεχνητή καρδιά μας όχι απευθείας με 3D εκτύπωση, αλλά χρειαζόμαστε 3D εκτυπωτές, επειδή δεν είναι δυνατή η κατασκευή μιας τέτοιας απαλής συσκευής με παραδοσιακές τεχνικές κατασκευής", λέει ο Cohrs."Τρισδιάστατα εκτυπώνουμε ένα αρνητικό της καρδιάς και το χρησιμοποιούμε ως μούχλα, το οποίο διαλύουμε αργότερα. "

Αρχικά, το καλούπι ήταν γεμάτο με σιλικόνη, με αποτέλεσμα μια καρδιά 13 ουγκιών - μια συσκευή περίπου κατά το ένα τρίτο βαρύτερο από τη μέση καρδιά του ενήλικα.

Όταν διαφημίζετε, θα ράβονται στις βαλβίδες, τις αρτηρίες και τις φλέβες και θα κινούνται από ένα φορητό, εξωτερικό πνευματικό οδηγό.

Οι Cohrs και η ομάδα του εξέτασαν την καρδιά σιλικόνης τους τον Απρίλιο του 2016 τοποθετώντας το σε μια υβριδική μηχανή κυκλοφορίας. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η ροή αίματος της καρδιάς σιλικόνης μιμείται αυτή της πραγματικής ανθρώπινης καρδιάς.

Ωστόσο, η καρδιά σιλικόνης διήρκεσε περίπου 3.000 καρδιακούς παλμούς πριν σπάσει από το στρες. Σε ένα ηρεμιστικό καρδιακό ρυθμό 60 κτύπων ανά λεπτό, η καρδιά θα αποτύχει σε λιγότερο από μία ώρα.

Διαφήμιση

Οι επιστήμονες δημοσίευσαν τα ευρήματά τους στο περιοδικό Artificial Organs

Κοιτάζοντας πέρα ​​από τη σιλικόνη

Από τα αρχικά τους πειράματα, η ομάδα των Cohrs έχει αλλάξει από σιλικόνη σε άλλα υλικά.

ΔιαφήμισηΗ διαφήμιση

«Δοκιμάζουμε διαφορετικά πολυμερή για να κάνουμε την τεχνητή καρδιά πιο σταθερή και να αυξήσουμε τη διάρκεια ζωής», δήλωσε ο Cohrs. "Επίσης, άλλαξαμε και βελτιστοποιήσαμε τη γεωμετρία. "

Η τελευταία καρδιά τους διαρκεί για 1 εκατομμύριο καρδιακούς παλμούς - ή περίπου 10 ημέρες ζωής.

Περαιτέρω τροποποιήσεις θα βελτιώσουν την καρδιά, αν και μπορεί να είναι δεκαετίες πριν κάποιος είναι έτοιμος για δοκιμές σε πραγματικό χρόνο.

«Ο απώτερος στόχος μας θα ήταν βεβαίως μια μαλακή τεχνητή καρδιά που μπορεί να παράγει φυσιολογική, φυσική ροή αίματος, να έχει επαρκή διάρκεια ζωής και να μην προκαλεί ανεπιθύμητα συμβάντα», ανέφερε ο Cohrs. "Το αν αυτό είναι δυνατό είναι ακόμα άγνωστο, αλλά ήμασταν ευχαριστημένοι με τα πρώτα αποτελέσματα. "

" Η ανάπτυξη ενός τόσο περίπλοκου εσωτερικού τεχνητού εμφυτεύματος είναι πολύ δύσκολη και απαιτεί πολύ χρόνο ", πρόσθεσε ο Cohrs. "Δεν μπορούμε πραγματικά να προβλέψουμε πότε θα μπορούσαμε να έχουμε μια τελική καρδιά εργασίας που να ικανοποιεί όλες τις απαιτήσεις και είναι έτοιμη για εμφύτευση. Αυτό συνήθως διαρκεί χρόνια. "

" Αλλά με τη δημοσίευση της έρευνάς μας, παρουσιάσαμε μια απόδειξη της ιδέας για απαλότητα στην τεχνητή καρδιοθεραπεία. "

Η διαδικασία Cohrs και η ομάδα του έχουν χρησιμοποιήσει - εκμεταλλευόμενοι απλό λογισμικό CAD και 3D εκτύπωση - θα μπορούσαν να επιτρέψουν τη διαδεδομένη διαθεσιμότητα εξατομικευμένων τεχνητών καρδιών.

Αυτές οι καρδιές, με τη σειρά τους, θα μπορούσαν να διαρκέσουν περισσότερο από τις σημερινές συσκευές - ίσως όσο και 15 χρόνια, και ελπίζουμε για τη ζωή του άλλου παραλήπτη.