Новый способ исправить разбитое сердце

Устройство «Therepi» прикрепляется непосредственно к поврежденному сердцу, что позволяет поставлять лекарство из порта под кожей пациента для усиления сердечной функции.
Мэри Бет О'Лири | Отдел машиностроения
12 июня 2018 года
Запросы прессы
После того, как у пациента случился сердечный приступ, начинается каскад событий, ведущих к сердечной недостаточности. Повреждение области в сердце, где был заблокирован кровеносный сосуд, приводит к образованию рубцовой ткани. В ответ на шрамы, сердце будет реконструироваться для компенсации. Этот процесс часто заканчивается провалом желудочков или клапанов.
Команда исследователей надеется остановить прогрессию от сердечного приступа к сердечной недостаточности с помощью небольшого устройства под названием «Тампи». Устройство содержит резервуар, который прикрепляется непосредственно к поврежденной сердечной ткани. Линия пополнения соединяет резервуар с портом на или под кожей пациента, где терапия может быть введена либо пациентом, либо специалистом в области здравоохранения.
Новое исследование, опубликованное в Nature Biomedical Engineering с участием команды исследователей из Массачусетского технологического института, Гарвардского университета, Королевского колледжа хирургов Ирландии, Тринити-колледжа Дублина, Исследовательских материалов и исследований биоинженерии (AMBER) и Национального университета Ирландии, Голуэй подробно описывает, для восстановления сердечной функции.
«После сердечного приступа мы могли бы использовать это устройство для проведения терапии, чтобы предотвратить потерю сердечной недостаточности у пациента», - объясняет Эллен Рош, соавтор исследования и доцент кафедры Массачусетского технологического института механический Инженерия и Институт медицинской техники и науки. «Если у пациента уже есть некоторая сердечная недостаточность, мы можем использовать устройство для ослабления прогрессирования».
Две из наиболее распространенных систем, которые в настоящее время используются для доставки терапии для предотвращения сердечной недостаточности, являются неэффективными и инвазивными. В одном методе препараты поступают системно, а не непосредственно на место повреждения. Объем используемых препаратов должен быть ограничен, чтобы избежать токсических побочных эффектов, и часто только небольшое количество достигает поврежденной сердечной ткани.
«С точки зрения фармакологии большая проблема заключается в том, что вы вводите что-то, что не остается на поврежденной ткани достаточно долго, чтобы иметь значение», - говорит Уильям Уайт, первый автор и кандидат PhD в Тринити Колледж Дублин и ЯНТАРЬ.
Альтернативный метод включает инвазивную процедуру для непосредственного введения терапии в сердечную мышцу. Поскольку требуется несколько доз, это требует нескольких инвазивных операций.
Therepi решает проблемы с текущими методами доставки лекарств, администрируя локализованные, неинвазивные методы лечения столько раз, сколько необходимо. Резервуар устройства может быть имплантирован на сердце только в одной хирургической процедуре.
Локализованные, сделанные на заказ терапии
Сам резервуар обладает удивительным потенциалом для доставки лекарств. Построенный из полимера на основе желатина, резервуар имеет полусферическую форму с плоским дном, прикрепленным к пораженной ткани. Плоское дно состоит из полупроницаемой мембраны, которую можно отрегулировать, чтобы позволить большему количеству лекарств или более крупным материалам проходить непосредственно в сердечную ткань.
« материал мы использовали для создания резервуара. Нам нужно было действовать как губка, чтобы она могла сохранить терапию именно там, где она вам нужна, - добавляет Уайт. «Это трудно сделать, потому что сердце постоянно сжимается и двигается».
Резервуар обеспечивает уникальную возможность для управления терапией стволовыми клетками. Он действует как фабрика клеток. Вместо того, чтобы проходить через мембрану в сердце, клетки остаются в резервуаре, где они производят паракринные факторы, которые способствуют заживлению в поврежденной сердечной ткани.
В модели крысы было показано, что устройство эффективно улучшает сердечную функцию после сердечного приступа. Исследователи вводили несколько доз клеток поврежденному сердцу в течение четырех недель. Затем они проанализировали гемодинамические изменения в ткани с помощью объемного катетера под давлением и использовали эхокардиографию для сравнения функциональных изменений с течением времени.«Мы видели, что группы, у которых было наше устройство, восстановили какую-то сердечную функцию», - объясняет Клаудия Варела, аспирантка программы Гарвард-МИТ в области наук о здоровье и технологии.
Сердце, получившее несколько доз клеток через терапию, имело более сердечную функцию, чем те, кто получал только одну инъекцию или вообще не лечился.
Поиск оптимальной дозы
Возможности Therepi выходят за рамки лечения сердечных заболеваний. Поскольку он обеспечивает возможность доставки нескольких локализованных доз, его можно использовать в качестве инструмента для определения точной дозировки, подходящей для целого ряда условий.
«Мы надеемся использовать устройство как инструмент исследования, чтобы узнать больше об оптимальном режиме загрузки наркотиков», - говорит Рош.
Впервые у исследователей была возможность отслеживать множественные пополнения локализованных терапий с течением времени, чтобы помочь определить наилучшие интервалы дозирования и количество дозы.
«Как фармацевт по образованию, я очень рад начать исследовать, какая лучшая доза, когда самое лучшее время для доставки после сердечного приступа и сколько доз необходимы для достижения желаемого терапевтического эффекта», - добавляет Уайт.
В то время как команда сосредоточилась на том, как Itpi может смягчить последствия сердечных заболеваний, устройство может использоваться в других частях тела. Оптимизируя конструкцию и регулировку материалов, используемых для создания резервуара, можно использовать для широкого спектра заболеваний и проблем со здоровьем.
«Устройство действительно представляет собой платформу, которая может быть адаптирована к различным системам органов и различным условиям», - говорит Варела. «Это просто отличный пример того, как межсекторальные исследования, рассматривающие как устройства, так и биологические методы лечения, могут помочь нам придумать новые способы лечения болезней».
Это новое выставляется командой XY-GLOBAL.