Udvikling af elektrisk aktive materialer til reparation af beskadigede hjerter

Når der opstår et hjerteanfald, muskler i hjertevævet kan være arret, forstyrrer elektrisk aktivitet, der er nødvendig for en sund hjertefunktion. Der findes lægemiddelbehandlinger, der lindrer yderligere skader, men disse fører ikke til vævsregenerering. Brug af kunstige materialer til at lappe eller genopbygge beskadigede dele er blevet forsøgt, men først for nylig har arbejdet fokuseret på de elektriske egenskaber, der er nødvendige for korrekt hjerteoperation.

I denne uges APL Bioingeniør efterforskere gennemgår brugen af ​​elektrisk ledende biomaterialer til hjertereparation og behandling. Efterforskerne overvejede tre måder, hvorpå disse materialer kan bruges:til at lave stilladser, hvorpå hjerteceller kan regenerere, at lave elektrisk ledende plastre til reparation af beskadiget væv, og at producere injicerbare hydrogeler til at transportere lægemidler til specifikke hjerteområder.

Et sundt hjerte slår, når celler i myokardiet trækker sig sammen. Myokardiet består af præcist orienterede fibre, så sammentrækningen sker på en snoet måde. Sammentrækningerne udløses af et elektrisk signal fra specialiserede celler kendt som sinoatrial knude. Dette signal spredes gennem hjertemusklen til myokardiet, medmindre det støder på arvæv. Arret, der fungerer som en elektrisk isolator, kan stoppe dette signal, forstyrrer sammentrækning.

Efterforskere udvikler nu elektrisk ledende materialer til at overvinde dette problem med arvæv ved at matche de elektriske konduktansegenskaber for naturligt myokard. De materialetyper, der gennemgås i dette papir, omfatter små rør eller plader af kulstof; små metalliske nanopartikler, sædvanligvis af sølv eller guld; metalcarbider, herunder det meget udbredte titaniumcarbid; og polymerer (plast) dopet med specielle stoffer, der tillader dem at lede elektricitet.

Alt fremmed materiale, der indføres i kroppen, skal være biokompatibelt for at undgå både kort- og langtidstoksicitet. Nogle problemer med toksicitet er subtile. Sølv nanopartikler, for eksempel, har en størrelsesafhængig toksicitet ved levering til lungerne. For mange af disse materialer, toksicitet, især på lang sigt, er endnu ikke blevet evalueret. Imidlertid, nogle af disse stoffer kan give gunstige virkninger. For eksempel, visse metalcarbider kendt som MXene kan være antiinflammatoriske.

Medforfatter Michael Monaghan foreslår "en polymer kendt som PEDOT kan være den mest egnede til elektrisk ledende podninger eller stilladser, da det kan fremstilles i 3D-strukturer uden forskellige understøttende materialer. "Undersøgerne foreslår også, at nogle af PEDOTs toksiske egenskaber kan forhindres ved mere fuldstændigt at rense materialet, når det er forberedt. Yderligere undersøgelser er nødvendige.