Bioingeniører tager skridt mod en plaster, der kan reparere et knust hjerte

Bioingeniører fra Trinity har udviklet en prototype patch, der gør det samme arbejde som afgørende aspekter af hjertevæv.

Deres plaster modstår de mekaniske krav og efterligner de elektriske signalegenskaber, der tillader vores hjerter at pumpe blod rytmisk rundt i vores kroppe. Deres arbejde tager os i det væsentlige et skridt tættere på et funktionelt design, der kunne reparere et knust hjerte.

Hver sjette mand og hver syvende kvinde i EU vil få et hjerteanfald på et tidspunkt i deres liv. I hele verden, hjertesygdomme dræber flere kvinder og mænd – uanset race, end nogen anden sygdom.

Hjerteplastre beklædt med hjerteceller kan påføres kirurgisk for at genoprette hjertevæv hos patienter, der har fået fjernet beskadiget væv efter et hjerteanfald og for at reparere medfødte hjertefejl hos spædbørn og børn.

Ultimativt, selvom, målet er at skabe cellefri plastre, der kan genoprette hjertecellernes synkrone slag, uden at forringe hjertemuskelbevægelsen.

Bioingeniørerne rapporterer deres arbejde, som tager os et skridt tættere på en sådan virkelighed, i journalen Avancerede funktionelle materialer .

Michael Monaghan, ussher assisterende professor i biomedicinsk teknik ved Trinity, og seniorforfatter på papiret, sagde:

"På trods af nogle fremskridt på området, hjertesygdomme lægger stadig en enorm byrde på vores sundhedssystemer og patienters livskvalitet på verdensplan. Det påvirker os alle enten direkte eller indirekte gennem familie og venner. Som resultat, forskere søger løbende at udvikle nye behandlinger, som kan omfatte stamcellebehandlinger, biomateriale gel-injektioner og hjælpemidler."

"Vores er en af ​​få undersøgelser, der ser på et traditionelt materiale, og gennem effektivt design tillader os at efterligne den retningsafhængige mekaniske bevægelse af hjertet, som kan opretholdes gentagne gange. Dette blev opnået gennem en ny metode kaldet 'melt electrowriting', og gennem tæt samarbejde med de nationale leverandører var vi i stand til at tilpasse processen, så den passer til vores designbehov."

Dette arbejde blev udført i Trinity Center for Biomedical Engineering, baseret på Trinity Biomedical Sciences Institute i samarbejde med Spraybase, et datterselskab af Alectas Ltd. Det blev finansieret af Enterprise Ireland gennem Innovation Partnership Program (IPP).

Dr. Gillian Hendy, direktør for Spraybase er medforfatter på papiret. Dr. Hendy roste teamet hos Trinity for det udførte arbejde og fremskridt med Spraybase Melt Electrowriting (MEW) System.

Den succes, som holdet har opnået, fremhæver de potentielle anvendelser af denne nye teknologi på hjerteområdet og fanger kort og godt fordelene ved industrien og akademisk samarbejde, gennem platforme som IPP.

Tekniske erstatningsmaterialer til hjertevæv er udfordrende, da det er et organ, der konstant bevæger sig og trækker sig sammen. De mekaniske krav til hjertemusklen (myokardium) kan ikke opfyldes med polyesterbaserede termoplastiske polymerer, som overvejende er de godkendte muligheder for biomedicinske applikationer.

Imidlertid, funktionaliteten af ​​termoplastiske polymerer kunne udnyttes af dens strukturelle geometri. Bioingeniørerne gik derefter i gang med at lave et plaster, der kunne kontrollere udvidelsen af ​​et materiale i flere retninger og tune dette ved hjælp af en teknisk designtilgang.

Plastrene blev fremstillet via smelteelektrisk skrivning - en kerneteknologi i Spraybase - som er reproducerbar, nøjagtig, og skalerbar. Plastrene blev også belagt med den elektrisk ledende polymer polypyrrol for at give elektrisk ledningsevne og samtidig bevare cellekompatibilitet.

Plastret modstod gentagne stræk, som er en dominerende bekymring for hjertebiomaterialer, og viste god elasticitet, nøjagtigt at efterligne den centrale egenskab ved hjertemusklen.

Professor Monaghan tilføjede:

"I bund og grund, vores materiale imødekommer en masse krav. Bulkmaterialet er i øjeblikket godkendt til medicinsk udstyr, designet imødekommer bevægelsen af ​​det pumpende hjerte, og er blevet funktionaliseret til at imødekomme signalering mellem isolerede kontraktile væv."

"Denne undersøgelse rapporterer i øjeblikket udviklingen af ​​vores metode og design, men vi ser nu frem til at fremme den næste generation af designs og materialer med det endelige formål at anvende denne patch som en terapi for et hjerteanfald. "

Dr. Dinorath Olvera, Treenighed, første forfatter på papiret, tilføjet:

"Vores elektroledende plastre understøtter elektrisk ledning mellem biologisk væv i en ex vivo-model. Disse resultater repræsenterer derfor et væsentligt skridt i retning af at generere et biokonstrueret plaster, der er i stand til at rekapitulere aspekter af hjertevæv - nemlig dets mekaniske bevægelse og elektrisk signalering."