Bionisk hjerteplaster kunne en dag overvåge og reagere på hjerteproblemer

Forskere og læger har i de seneste årtier taget store spring i behandlingen af ​​hjerteproblemer - især med udviklingen i de senere år af såkaldte "hjerteplastre, "Skår af konstrueret hjertevæv, der kan erstatte hjertemuskel beskadiget under et hjerteanfald.

Takket være Charles Liebers og andres arbejde, det næste spring kan være i sigte.

Mark Hyman, Jr. professor i kemi og formand for Institut for Kemi og Kemisk Biologi, Lieber, postdoc Xiaochuan Dai og andre medforfattere til en undersøgelse, der beskriver konstruktionen af ​​elektroniske stilladser i nanoskala, der kan podes med hjerteceller for at producere et "bionisk" hjerteplaster. Undersøgelsen er beskrevet i et papir den 27. juni offentliggjort i Natur nanoteknologi .

"Jeg tror, ​​at en af ​​de største påvirkninger i sidste ende vil være i det område, der involverer udskiftning af beskadiget hjertevæv med præformede vævspletter, " sagde Lieber. "I stedet for blot at implantere et konstrueret plaster bygget på et passivt stillads, vores værker antyder, at det vil være muligt kirurgisk at implantere et innerveret plaster, der nu vil være i stand til at overvåge og subtilt justere dets ydeevne."

Når først implanteret, Lieber sagde, det bioniske plaster kunne virke på samme måde som en pacemaker - levere elektriske stød for at korrigere arytmi, men mulighederne slutter ikke der.

"I dette studie, vi har vist, at vi kan ændre frekvensen og retningen af ​​signaludbredelse, " fortsatte han. "Vi mener, at det kan være meget vigtigt for at kontrollere arytmi og andre hjertesygdomme."

I modsætning til traditionelle pacemakere, Lieber sagde, det bioniske plaster - fordi dets elektroniske komponenter er integreret i hele vævet - kan detektere arytmi langt hurtigere, og fungerer ved langt lavere spændinger.

"Selv før en person begyndte at gå ind i storstilet arytmi, der ofte forårsager irreversibel skade eller andre hjerteproblemer, dette kunne opdage de tidlige stadier af ustabilitet og gribe ind hurtigere, " sagde han. "Den kan også løbende overvåge feedbacken fra vævet og reagere aktivt."

"Og en normal pacemaker, fordi det er på overfladen, skal bruge relativt høje spændinger, " tilføjede Lieber.

Patchen kan også finde anvendelse, Lieber sagde, som et værktøj til at overvåge reaktionerne under hjertemedicin, eller at hjælpe medicinalvirksomheder med at screene effektiviteten af ​​lægemidler under udvikling.

Ligeledes, det bioniske hjerteplaster kan også være en unik platform, han nævnte yderligere, at studere den vævsadfærd, der udvikler sig under nogle udviklingsprocesser, såsom aldring, iskæmi eller differentiering af stamceller til modne hjerteceller.

Selvom det bioniske hjerteplaster endnu ikke er blevet implanteret i dyr, "Vi er interesserede i at identificere samarbejdspartnere, der allerede undersøger hjerteplasterimplantation til behandling af myokardieinfarkt i en gnavermodel, " sagde han. "Jeg tror ikke, det ville være svært at bygge dette ind i en enklere, let implanterbart system."

På lang sigt, Lieber mener, udviklingen af ​​vævsstilladser i nanoskala repræsenterer et nyt paradigme for at integrere biologi med elektronik på en praktisk talt problemfri måde.

Ved at bruge den injicerbare elektronikteknologi, han var pioner sidste år, Lieber foreslog endda, at lignende hjerteplastre en dag blot kunne blive leveret ved injektion.

"Det kan faktisk være, at i fremtiden, dette vil ikke blive gjort med et kirurgisk plaster, " sagde han. "Vi kunne simpelthen lave en co-injektion af celler med nettet, og det samler sig inde i kroppen, så det er mindre invasivt."