Forskere utvikler mykere, lengre varig kunstig hjerte

Nicholas Cohrs og hans kollegaer på funksjonalitetslaboratoriet for ETH Zürich Universitet i Sveits har et nytt konsept for det de kaller et mykt kunstig hjerte.

Ved å utvikle et kunstig hjerte som ligner på mottakerens eget hjerte, håper Cohrs og hans team å lage en enhet som kan holde pasientene i live i mange år uten å trenge en annen risikabel transplantasjonskirurgi.

AnnonseAdvertising

Kirurger har i nesten 50 år transplantert kunstige hjerter til pasienter som ellers ville dø av hjertesvikt.

Disse enhetene er laget av plast og metall. De kan opprettholde livet i dager, og til og med måneder, mens pasientene venter på donorhjerter.

I noen tilfeller kan en kunstig hjerte-transplantasjon være permanent og kunne vare i flere år, men sannsynligheten for å overleve over fire år er mindre enn 60 prosent. Tallet for lengstiden som lever med et kunstig hjerte er fem år.

Annonse

Komplikasjoner som kan oppstå fra en kunstig hjerte-transplantasjon inkluderer blødning, infeksjon og organsvikt.

Et vanlig problem med kunstige hjerter er deres tendens til å la blodet stifte på grunn av deres stive sammensetning.

AdvertisementAdvertisement

Blodpropper kan føre til slag.

Prøv en myk, personlig berøring

Et kunstig hjerte med mindre stivhet kan da forbedre blodstrømmen og redusere sjansene for koagulering.

I utgangspunktet eksperimenterte Cohrs og hans team med silikon, et stoff som generelt er ikke-reaktivt, stabilt og motstandsdyktig mot ekstreme miljøer. Det har også flere livsvitenskapsprogrammer.

"Silikon er selvsagt et kunstig materiale, som ikke er menneskelig vev og kan ikke likne det," fortalte Cohrs Healthline. "Det er imidlertid et mykt materiale og kan i en viss grad etterligne materialegenskapene til humant vev. Vi bruker det fordi det er et etablert materiale for implantater og tilgjengelig fra mange forskjellige leverandører. "

Silikonet hjerte ble designet ved hjelp av CAD-programvare (Computer Assisted Design), som produserer et mykt organ som ligner det menneskelige hjerte i sammensetning, form og funksjon.

AdvertisementAdvertisement

For en faktisk transplantasjon vil en CT-skanning av pasientens hjerte utgjøre grunnlaget for designet, slik at det er i nærheten.

Designendringer i hjertet kreves for å tillate det å bevege seg selv, inkludert et kammer som blåses opp og deflates med trykkluft.

I sine eksperimenter brukte Cohrs 'team en 3D-skriver for å lage en plastform av hjertet.

Annonsering

"Vi produserer vårt kunstige hjerte ikke direkte ved 3D-utskrift, men vi trenger 3D-skrivere, fordi det ikke er mulig å produsere en så myk enhet med tradisjonelle produksjonsteknikker, sier Cohrs."Vi 3D skrive ut et negativt av hjertet og bruk dette som en form, som vi senere oppløses. "

I begynnelsen ble formen fylt med silikon, noe som resulterte i et 13-unse hjerte - en enhet som var omtrent en tredjedel tyngre enn gjennomsnittet voksenhjerte.

AnnonseAdvertise Når det ble implantert, ville det bli suturert til ventiler, arterier og vener, og drevet av en bærbar, ekstern pneumatisk sjåfør.

Cohrs og hans team testet sitt silikonhjerte i april 2016 ved å plassere det i en hybridmock sirkulasjonsmaskin. Resultatene viste at blodstrømmen i silikonet hjerte likte det av et ekte menneskelig hjerte.

Silikonet hjerte imidlertid om lag 3 000 hjerteslag før det brøt fra stress. Ved et hvilende hjertefrekvens på 60 slag per minutt, ville hjertet svikte på mindre enn en time.

Annonse

Forskerne publiserte sine funn i tidsskriftet Kunstige organer

Ser utover silikone

Siden deres første eksperimenter har Cohrs team byttet fra silikon til andre materialer.

"Vi tester forskjellige polymerer for å gjøre det kunstige hjertet stabilt og øke levetiden," sa Cohrs. "Vi endret og optimaliserte også geometrien. "

Deres siste hjerte varer i 1 million hjerterytmer - eller om 10 dager i livet.

Ytterligere modifikasjoner vil forbedre hjertet, selv om det kan være flere tiår før man er klar for sanntids testing.

"Vårt overordnede mål ville selvfølgelig være et mykt kunstig hjerte som kan produsere en fysiologisk, naturlig blodstrøm, har en tilstrekkelig levetid og ikke forårsake uønskede hendelser," sa Cohrs. "Om dette er mulig, er det fortsatt ukjent, men vi var fornøyd med de første resultatene. "

" Utvikling av et slikt komplekst internt kunstig implantat er svært vanskelig og tar mye tid, "tilføyde Cohrs. "Vi kan ikke egentlig forutsi når vi kunne få et endelig fungerende hjerte som oppfyller alle krav og er klar for implantasjon. Dette tar vanligvis år. "

" Men med publiseringen av vår forskning presenterte vi et proof of concept for mykhet i kunstig hjertebehandling. "

Prosessen Cohrs og hans team har brukt - dra nytte av enkel CAD-programvare og 3D-utskrift - kan tillate utbredt tilgjengelighet av personlige kunstige hjerter.

Disse hjerter kan igjen vare lenger enn dagens enheter - kanskje så mye som 15 år, og forhåpentligvis for resten av mottakerens liv.