×
Мягкий роботизированный рукав для сердца помогает перекачивать кровь

Сердечная недостаточность – это проблема на несколько миллиардов долларов, которая ежегодно затрагивает порядка 41 миллион человек во всем мире. И в то время как существуют многочисленные перспективные исследования, в том числе предлагая просто распечатывать новые органы на 3D-принтере или чиповать живые сердца, влияя на их ритм, еще одно оригинальное решение уже на подходе.

 

Медицина намерена внедрить мягкий роботизированный имплантат, который будет имитировать естественное движение сердца.

 

Еще со времен Леонардо да Винчи движение сердца интриговало ученых. Многие из них пытались создать модели, которые повторяли бы его работу, но лучше, чем у природы, не получалось.

 

Проблема заключается в последовательной работе клапанов. Сердце как мощный, но умный насос знает, как именно перекачивать кровь, чтобы поддерживать давление, но не нагнетать его сверх необходимого. Его движение крови внутри выглядит подобно тому, как закручивается вода, смываясь в раковину, или как вы выжимаете полотенца. Но это лишь в одной половине. В другой все происходит с точностью до наоборот.

 

И когда у человека определяется сердечная недостаточность, в желудочках нарушаются естественные ритмы сокращения. Органы недополучают кислород с притоком крови. Человек сокращает свою двигательную способность и начинает буквально усыхать изнутри.

 

Репликация этого вращательного движения уже давно стала проблемой, но прогресс в мягкой робототехнике позволил команде исследователей из Гарвардского университета и Бостонской детской больницы разработать мягкую роботизированную втулку, которая копирует нормальное поведение сердечной мышцы.

 

Устройство на кремниевой основе разработала ведущий автор проекта Эллен Роше (Ellen Roche) – биомедицинский инженер и бывший докторант Гарвардского университета – и ее команда. Они предложили решение, которое имеет явные преимущества по сравнению с современными устройствами желудочков (Vads).

 

Путем скручивания и сжатия синхронно с биением сердца устройство способно усиливать механику контракции неисправной сердечной мышцы, значительно улучшая ее способности справляться со своей естественной работой.

 

Мягкий роботизированный рукав для сердца помогает перекачивать кровь

 

Кроме того, мягкий сердечный робот решил еще одну проблему, которая касалась механических свойств. Он заменил мышцы, которые не могут быть жесткими сами по себе, чтобы не повредить мягких тканей. А также он ничуть не нагревается больше естественной температуры тела, что создало бы дополнительные сложности сердцу.

 

Роботизированная втулка использует пневматический мягкий привод, размещенный вокруг сердца, который имитирует внешние слои сердечной мышцы. Эти завихрения и сжимают втулку подобно естественному движению биения сердца.

 

В экспериментах с участием сердец свиней исследователи смогли получить устройство, которое бы точно синхронизировало их работу. Восстановление нормального кровотока у шести живых свиней, которые имели острый сердечный приступ, – также уже на совести ученых. Следующий шаг – опыты на человеке с сердечными проблемами.

 

Результаты этого исследования также обнадеживают еще и потому, что устройство готово к точной и тонкой настройке путем селективного скручивания и сжатия правого или левого желудочек сердца. Ему подойдет и любая величина сердца. Хотя предполагается, что аппарат будут ставить взрослым людям со сформированным сердцем, чтобы не стояли проблемы роста организма.

 

Таким образом, втулка может быть настроена для каждого пациента с помощью настройки исполнительных механизмов, которые готовы дать дополнительную помощь лишь в той стороне сердца, которая работает слабее. Давление также может быть скорректировано соответствующим образом по мере того, как пациент восстанавливается.

 

В настоящее время желудочкам помогают работать устройства типа Vads. Они, как правило, стараются идти против естественной кривизны сердца и нарушают его движение. Кроме того, так как они зависят от прямого воздействия крови, это может потенциально привести к осложнениям здоровья, таким как плохая свертываемость крови и инсульт. Мягкая робототехника уменьшает эти осложнения и позволяет пациентам постоянно контролировать кровотечение.

 

Медицина обещает, что качество жизни людей с подобными мягкими роботами у сердца может быть полностью восстановлено до естественного уровня. Ученые в данный момент разрабатывают систему для более эффективного способа крепления устройства к сердцу. В исследованиях ученые использовали комбинацию всасывающего устройства, швов и геля, чтобы помочь с трением между сердцем и устройством, которое привязано к внешнему насосу. Долгосрочные исследования на животных не показали хронических осложнений.

 

С учетом сказанного результаты исследования также готовят почву для устройства, которое будет использоваться в других приложениях, связанных с мягкой тканью.

 

Исследование было опубликовано в журнале Science Translational Medicine.

 

Автор: Степан Мазур

 

Оригинал фото: newatlas