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Douille robotique molle développée pour faciliter des coeurs de échouer

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A pu être implanté pour reconstituer la circulation du sang

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Une équipe internationale de scientifiques a développé une douille robotique molle qui peut être implantée sur la surface externe du coeur pour reconstituer la circulation du sang chez les porcs (et probablement les humains à l'avenir) dont les coeurs ont arrêté battre.

Le dispositif est un système basé sur silicone avec deux couches de déclencheurs : un qui serre circonférentiellement et un qui serrent diagonalement, conçu pour imiter le mouvement des coeurs sains quand ils battent.

L'arrêt du coeur affecte 41 millions de personnes dans le monde entier. Le concept d'une pompe artificielle qui la fonction cardiaque d'aides n'est pas nouvelle et a été utilisée médicalement avec les dispositifs d'aide ventriculaires (VADs). « J'avais implanté pendant longtemps VADs dans les patients, » dit Frank Pigula, la DM, un ancien professeur à Harvard et l'hôpital d'enfants de Boston qui est auteur Co-correspondant ouvert-Access du 18 janvier édité de papier dans la médecine de translation de la Science. Pigula est maintenant chef de chirurgie cardiaque pédiatrique à l'hôpital de Norton Children à Louisville, Kentucky.

Les systèmes de la génération actuelle de VADs exposent directement le sang d'un patient aux matériaux artificiels tels que la tuyauterie et les rotors. Quand le sang touche les composants d'un dispositif, il a une tendance de coaguler, qui pourrait mener aux crises cardiaques, à l'embolie pulmonaire, aux courses, ou à d'autres complications, Pigula a expliqué. Pour empêcher des caillots de former, il est nécessaire d'employer l'éclaircissement de sang et les médicaments anticoagulatory tels que l'héparine et le warfarin, qui sont complication-enclins.

Comment faire une douille robotique molle pour un coeur humain

C'est où la douille robotique molle développée par l'équipe de Pigula entre.

Démonstration in vitro du pompage de la douille robotique molle (crédit : Université d'Ellen Roche /Harvard)

La douille robotique peut être implantée sur la surface externe du coeur, empêchant circulant le sang de contacter jamais les composants du dispositif, probablement éliminant ou diminuant le besoin de drogues anticoagulatory.

En concevant la douille robotique molle, les chercheurs ont été inspirés par la structure et le mouvement du coeur elle-même. Les deux déclencheurs sont formés dans des couches minces de silicone qui sont posées sur l'un l'autre dans rudement la même orientation que les fibres musculaires au coeur. La douille est environ la moitié d'un millimètre épais, qui est au sujet de la largeur de 5-10 cheveux.

Pour adhérer la douille aux coeurs de porc, les chercheurs avaient l'habitude un adhérent approuvé par le FDA sur l'apex, ou l'astuce, du coeur. Cependant, les chercheurs ont trouvé que ceci a causé l'inflammation grave au moment où l'adhérence, qui pourrait interférer la capacité d'implanter la douille pendant de longues périodes. Ainsi les chercheurs ont employé un gel pour adhérer la douille au coeur, une technique qui a diminué l'inflammation.

In vivo démonstration d'aide cardiaque dans un modèle porcin d'arrêt du coeur aigu (crédit : MERS d'Ellen Rouche /Harvard)

Pour examiner les douilles, les scientifiques les ont implantées sur les coeurs des porcs et de l'arrêt du coeur aigu induit, ayant pour résultat une goutte 50-60% dans le débit cardiaque. La mise en marche de la douille a reconstitué 97% du débit cardiaque original.

« Les déclencheurs robotiques mous sont essentiellement les muscles artificiels, » dit Nikolay Vasilyev, la DM, un scientifique de personnel dans la recherche cardiaque de chirurgie à l'hôpital d'enfants de Boston et le co-auteur sur l'étude récente. « Dans ce sens, la douille robotique imite les deux ventricules du coeur. »

La douille robotique molle de coeur contient également les capacités de détection sophistiquées qui mesurent la pression aux points spécifiques sur la surface du coeur.

« Ce travail représente un résultat passionnant de preuve-de-concept pour ce robot mou, démontrant qu'il peut sans risque agir l'un sur l'autre avec le tissu mou et mener aux améliorations dans la fonction cardiaque, » a dit Conor Walsh, l'auteur supérieur du papier et John L. Loeb Associate Professor de l'ingénierie et des sciences appliquées en mer et le membre de la faculté de noyau au Wyss Institute de Harvard. « Nous envisageons beaucoup d'autres futures applications où de tels dispositifs peuvent fournir la mécanothérapie à l'intérieur et à l'extérieur du corps. »

Cependant, « le corps humain est remarquablement bon pour détecter des matières étrangères et monter des immuno-réactions à elles, ainsi ce sera des affaires délicates pour trouver un matériel biologiquement inerte qui pas, à long terme, pour marquer les tissus qu'il est physiquement associé à, » selon un médecin qui n'a pas été impliqué dans la recherche. « C'est moins critique pour les organes non-essentiels comme des implants de silicone de doux-tissu, mais une couche mince de tissu de cicatrice autour du coeur pourrait avoir des implications sérieuses pour la rigidité, l'intégrité structurelle, et la fonction du tissu indigène de coeur. »

La recherche était une collaboration entre les MERS de Harvard et le Wyss Institute, l'hôpital d'enfants de Boston, l'université nationale de l'Irlande, le Technische Universität München, l'hôpital d'enfants de Boston, l'université de Leeds, l'université de la Floride centrale, le Royal College des chirurgiens en Irlande, le Trinity College Dublin, l'UCLA, et l'Université de Louisville.

Le travail a été soutenu par la concession de translation de programme de recherche de l'hôpital d'enfants de Boston, concession de Challenge Croix-Plate- d'un directeur du Wyss Institute pour l'ingénierie biologiquement inspirée, Ecole d'Harvard de l'ingénierie et les sciences appliquées, et la base Irlande de la Science.

Le résumé de la douille robotique molle soutient la fonction de coeur

Il y a beaucoup d'intérêt pour le forme-montage, le bas-module, les dispositifs implantables ou les robots mous qui peuvent imiter ou aider aux fonctions biologiques complexes telles que la contraction du muscle cardiaque. Nous présentons une douille robotique molle qui est implantée autour du coeur et activement des compresses et des torsions pour agir en tant que dispositif d'aide ventriculaire cardiaque. La douille n'entre pas en contact avec le sang, obviant au besoin de diluants de thérapie ou de sang d'anti-coagulation, et réduit des complications avec les dispositifs d'aide ventriculaires actuels, tels que la coagulation et l'infection. Notre approche a employé une conception biologiquement inspirée pour orienter différents éléments ou déclencheurs de adjudication d'une mode hélicoïdale et circulaire posée, imitant l'orientation des deux couches externes de muscle du coeur mammifère. Le robot mou implantable en résultant a imité la forme et la fonction du coeur indigène, avec une valeur de rigidité du même ordre de grandeur que celle du tissu de coeur. Nous avons démontré la faisabilité de ce dispositif mou de douille pour soutenir la fonction de coeur dans un modèle porcin d'arrêt du coeur aigu. La douille robotique molle peut être adaptée aux besoins du client aux besoins patient-spécifiques et peut avoir le potentiel d'agir en tant que pont pour transplanter pour des patients présentant l'arrêt du coeur.