{{{sourceTextContent.title}}}

Manga robótica suave desarrollada para ayudar a corazones el fallar

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Podía ser implantado para restaurar la circulación de sangre

{{{sourceTextContent.description}}}

Un equipo internacional de científicos ha desarrollado una manga robótica suave que se puede implantar en la superficie externa del corazón para restaurar la circulación de sangre en los cerdos (y posiblemente los seres humanos en el futuro) cuyos corazones han parado la derrota.

El dispositivo es un sistema silicón-basado con dos capas de actuadores: uno que exprime circunferencial y uno que exprime diagonalmente, diseñado imitar el movimiento de corazones sanos cuando baten.

El paro cardíaco afecta 41 millones de personas de por todo el mundo. El concepto de una bomba artificial que ayude a la función cardiaca no es nuevo y se ha empleado clínico con los dispositivos de ayuda ventriculares (VADs). “He estado implantando VADs en pacientes durante mucho tiempo,” dice Frank Pigula, Doctor en Medicina, un profesor anterior en Harvard y el hospital de niños de Boston que es autor co-correspondiente abierto-acceso del 18 de enero publicado papel en medicina de translación de la ciencia. Pigula ahora es jefe de la cirugía cardiaca pediátrica en el hospital de Norton Children en Louisville, Kentucky.

Los sistemas actuales de VADs exponen directamente la sangre de un paciente a los materiales artificiales tales como tubería y rotores. Cuando la sangre toca los componentes de un dispositivo, tiene una tendencia a coagular, que podría llevar a los ataques del corazón, a la embolia pulmonar, a los movimientos, o a otras complicaciones, Pigula explicó. Para evitar que los coágulos formen, es necesario utilizar la reducción de la sangre y las medicaciones anticoagulatory tales como heparina y warfarin, que son complicación-propensas.

Cómo hacer una manga robótica suave para un corazón humano

Aquí es adonde viene la manga robótica suave desarrollada por el equipo de Pigula adentro.

Demostración in vitro del bombeo de la manga robótica suave (crédito: Universidad de Ellen Roche /Harvard)

La manga robótica se puede implantar en la superficie externa del corazón, previniendo circulando sangre nunca de entrar en contacto con los componentes del dispositivo, posiblemente eliminando o disminuyendo la necesidad de drogas anticoagulatory.

En el diseño de la manga robótica suave, el movimiento del corazón inspiraron a los investigadores la estructura y sí mismo. Los dos actuadores se forman en las capas delgadas del silicón que se acodan en uno a en áspero la misma orientación que las fibras de músculo en el corazón. La manga está sobre mitad de un milímetro grueso, que está sobre la anchura de 5-10 cabellos humanos.

Para adherirse la manga a los corazones de cerdo, los investigadores utilizaron un adherente aprobado por la FDA en el ápice, o extremidad, del corazón. Sin embargo, los investigadores encontraron que esto causó la inflamación severa actualmente la adherencia, que podría interferir con la capacidad de implantar la manga por largos periodos del tiempo. Los investigadores emplearon tan un gel para adherirse la manga al corazón, una técnica que disminuyó la inflamación.

In vivo demostración de la ayuda cardiaca en un modelo porcino del paro cardíaco agudo (crédito: MARES de Ellen Rouche /Harvard)

Para probar las mangas, los científicos las implantaron en los corazones de cerdos y del paro cardíaco agudo inducido, dando por resultado un descenso 50-60% en volumen cardiaco. Girar la manga restauró el 97% del volumen cardiaco original.

“Los actuadores robóticos suaves son esencialmente músculos artificiales,” dice Nikolay Vasilyev, Doctor en Medicina, un científico del personal en la investigación cardiaca de la cirugía en el hospital de niños de Boston y al co-autor sobre el estudio reciente. “En este sentido, la manga robótica imita ambos ventrículos del corazón.”

La manga robótica suave del corazón también contiene las capacidades de detección sofisticadas que miden la presión en los puntos específicos en la superficie del corazón.

“Este trabajo representa un resultado emocionante del prueba-de-concepto para este robot suave, demostrando que puede obrar recíprocamente con seguridad con el tejido suave y llevar a las mejoras en la función cardiaca,” dijo Conor Walsh, el autor mayor del papel y John L. Loeb Associate Professor de la ingeniería y de las ciencias aplicadas en los MARES y al miembro del profesorado de la base en el Wyss Institute de Harvard. “Prevemos muchos otros usos futuros donde tales dispositivos pueden entregar mecanoterapia tanto en el interior como en el exterior del cuerpo.”

Sin embargo, “el cuerpo humano es notable bueno en la detección de los materiales extranjeros y el montaje de inmunorespuestas a ellas, así que será negocio difícil encontrar un material biológico inerte que no, para marcar con una cicatriz a largo plazo los tejidos que se asocia físicamente a,” según un médico que no estuvo implicado en la investigación. “Esto es menos crítico para los órganos no-vitales como los implantes de tejido blando del silicón, pero una capa delgada del tejido de la cicatriz alrededor del corazón podría tener implicaciones serias para la tiesura, la integridad estructural, y la función del tejido nativo del corazón.”

La investigación era una colaboración entre los MARES de Harvard y el Wyss Institute, el hospital de niños de Boston, la universidad nacional de Irlanda, Technische Universität München, el hospital de niños de Boston, la universidad de Leeds, la universidad de la Florida central, el Royal College de cirujanos en Irlanda, el Trinity College Dublín, el UCLA, y la universidad de Louisville.

El trabajo fue apoyado por la concesión de translación del programa de investigación concesión de Challenge Cross-Platform del hospital de niños de Boston, de un director del Wyss Institute para la ingeniería biológico inspirada, Harvard School de la ingeniería y las ciencias aplicadas, y fundación Irlanda de la ciencia.

El extracto de la manga robótica suave apoya la función del corazón

Hay mucho interés en el ajuste de forma, el bajo-módulo, los dispositivos implantables o los robots suaves que pueden imitar o ayudar a funciones biológicas complejas tales como la contracción del músculo cardíaco. Presentamos una manga robótica suave que se implante alrededor del corazón y activamente de las compresas y de las torsiones para actuar como dispositivo de ayuda ventricular cardiaco. La manga no entra en contacto con la sangre, evitando la necesidad de deluentes de la terapia o de la sangre de la anticoagulación, y reduce complicaciones con los dispositivos de ayuda ventriculares actuales, tales como coagulación e infección. Nuestro acercamiento utilizó un diseño biológico inspirado para orientar elementos o los actuadores de contratación individuales en una moda helicoidal y circunferencial acodada, imitando la orientación de las dos capas externas del músculo del corazón mamífero. El robot suave implantable resultante imitó la forma y la función del corazón nativo, con un valor de la tiesura del mismo orden de magnitud que la del tejido del corazón. Demostramos viabilidad de este dispositivo suave de la manga para apoyar la función del corazón en un modelo porcino del paro cardíaco agudo. La manga robótica suave se puede modificar para requisitos particulares a las necesidades paciente-específicas y puede tener el potencial para actuar como puente para trasplantar para los pacientes con paro cardíaco.