Волокна нанотрубки могут соединять поврежденные ткани сердца

Волокна нанотрубки могут соединять поврежденные ткани сердца

Новое исследование подтвердило, что тонкие и гибкие волокна, состоящие из углеродных нанотрубок, могут соединять поврежденные ткани сердца и обеспечивать электрические сигналы, необходимые для того, чтобы эти сердца бились.

Профессор риса Маттео Паскуали (слева) и доктор Мехди Разави из Техасского института сердца проверяют нить из углеродных нанотрубок, изобретенную в лаборатории Паскуали Райс. Они разрабатывают метод использования волокон в качестве электрических мостов для восстановления проводимости поврежденных сердец. (Фото предоставлено Техасским институтом сердца)

В Техасском институте сердца (THI) исследователи провели несколько исследований, в которых использовались биосовместимые волокна, разработанные в Университете Райса. Эти исследования показали, что, когда эти волокна непосредственно сшиваются в поврежденную ткань, они помогают восстановить электрическую функцию в сердцах.

Вместо того, чтобы шокировать и дефибриллировать, мы на самом деле исправляем болезненную проводимость самой большой основной насосной камеры сердца, создавая мост, чтобы обойти и провести через поврежденную область поврежденного сердца.

Доктор Мехди Разави, кардиолог и директор отдела электрофизиологии, клинических исследований и инноваций, THI

Доктор Разави возглавлял исследование вместе с Маттео Паскуали, инженером-химиком и биомолекуляром в Университете Райса.

« Сегодня нет технологии, которая бы лечила первопричину первопричины внезапной смерти № 1 – желудочковую аритмию », – заявил доктор Разави. « Эти аритмии вызваны неорганизованным возбуждением импульсов из нижних отделов сердца, и их трудно лечить у пациентов после инфаркта или с рубцовой тканью сердца из-за таких других состояний, как застойная сердечная недостаточность или дилатационная кардиомиопатия

Результаты исследования доклинических моделей появились в виде журнала «Открытый выбор» в журнале Американской ассоциации кардиологов Циркуляция: аритмия и электрофизиология . Исследование получило грант 2015 года от Американской кардиологической ассоциации.

Новое исследование возникло в результате новаторского изобретения, сделанного в 2013 году лабораторией Паскуали, в рамках которого были изготовлены гибкие проводящие волокна из углеродных нанотрубок. Хотя исходные нитевидные волокна, разработанные в лаборатории, измеряли четверть толщины человеческого волоса, они содержали неограниченное количество крошечных нанотрубок.

Кроме того, волокна анализируются для использования в кохлеарных имплантатах, для электрических интерфейсов с мозгом, для аэрокосмических и автомобильных применений и в качестве гибких антенн.

Эксперименты показали, что нетоксичные волокна с полимерным покрытием – их концы открыты для действия в качестве электродов – эффективно восстанавливали функцию в течение месячных испытаний как на грызунах, так и на больших доклинических моделях, независимо от того, была ли заблокирована начальная проводимость, Разорванные или замедленные, заявили ученые. Команда также обнаружила, что волокна служили своей цели либо с кардиостимулятором, либо без него.

В исследовании на грызунах проводимость исчезла, как только волокна были удалены, исследователи написали.

Восстановление сердечной проводимости с помощью волокон углеродных нанотрубок может революционизировать терапию электрических нарушений сердца, одной из самых распространенных причин смерти в Соединенных Штатах.

Марк МакКоли, один из ведущих авторов, Медицинский колледж Иллинойского университета

Макколи провел множество экспериментов в качестве доктора наук в THI. В настоящее время он является доцентом клинической медицины в Медицинском колледже Иллинойского университета.

« Наши эксперименты предоставили первую научную поддержку для использования лечения на основе синтетического материала, а не лекарственного средства для лечения основной причины внезапной смерти в США и во многих развивающихся странах по всему миру », добавил Разави.

По словам Паскуали, остается несколько вопросов, прежде чем процесс можно будет проверить на людях. Исследователи должны разработать метод, который позволил бы им сшивать волокна на месте с помощью минимально инвазивного катетера. Эти волокна также должны быть достаточно прочными и гибкими, чтобы служить непрерывно бьющемуся сердцу в течение длительного времени.

Паскуали также заявил, что исследователи должны также установить длину и ширину волокон, количество электричества, которое должно переноситься этими волокнами, и то, как они будут работать в развивающихся сердцах молодых пациентов.

« Гибкость важна, потому что сердце постоянно пульсирует и движется, поэтому все, что прикреплено к поверхности сердца, будет деформировано и согнуто », – заявил Паскуали, который посещает Школу естественных наук Висса. Браун инженерная школа Сканда Райса.

Хороший межфазный контакт также важен для сбора и доставки электрического сигнала. В прошлом, несколько материалов должны были быть объединены, чтобы достигнуть и электрической проводимости и эффективных контактов. Эти волокна имеют оба свойства, заложенные в конструкцию, что значительно упрощает конструкцию устройства и снижает риск долговременного разрушения из-за расслоения нескольких слоев или покрытий .

Маттео Паскуали, инженер-химик и биомолекулярный инженер, Университет Райса

Разави заметил, что, хотя есть несколько эффективных антиаритмических препаратов, они обычно противопоказаны пациентам после сердечного приступа.

« Терапевтически действительно необходимо увеличить проводимость », – заявил он. « Волокна из углеродных нанотрубок обладают проводящими свойствами металла, но достаточно гибки, чтобы позволить нам ориентироваться и доставлять энергию в очень специфическую область деликатного, поврежденного сердца ».

Со-ведущими авторами статьи являются Райс выпускница Флавия Витале, в настоящее время доцент кафедры неврологии и физической медицины и реабилитации в Университете Пенсильвании, и Стивен Ян, аспирант в Университете Райса.

Соавторами статьи являются Джулия Коко и Колин Янг из Университета Райса; Брайан Грит из THI и Медицинского центра имени Бэйлора Святого Луки; Марко Орекчони и Люсия Делогу из Педиатрического научно-исследовательского института Читта-делла-Сперанца, Падуя, Италия; Абдельмотагалы Элгалад, Мэтьюз Джон, Дорис Тейлор и Луис Сампайо, все из THI; и Срикант Перик из Иллинойского университета в Чикаго.

Паскуали – А.Дж. Хартсук Профессор химической и биомолекулярной инженерии, профессор материаловедения, наноинженерии и химии.

Исследование было поддержано Американской кардиологической ассоциацией, Фондом Уэлча, Управлением научных исследований ВВС, Национальными институтами здравоохранения и Луи Магном.

Источник: https://www.rice.edu/

Source link