Невероятен пробив в медицината: сърце-биоробот изпомпва изкуствена кръв и имитира сърдечния ритъм

Преди новите медицински техники да бъдат използвани при хората, се провеждат тестове върху сърдечни симулатори и животни. Сърдечните симулатори обаче имат ограничена точност и кратък срок на годност (2-4 часа), а изследванията върху животни са скъпи и отнемат много време. Сега учените предлагат по-евтин метод със срок на годност от няколко месеца. Чрез комбиниране на биологично сърце и силиконова роботизирана помпа изследователите са създали сърце-биоробот, което бие като истинско, с акцент върху клапата от лявата страна на сърцето. Симулаторът на сърдечната клапа имитира структурата, функцията и движението на човешкото сърце, като позволява на хирурзите да тестват различни интервенции, докато събират данни в реално време.

Изследователите са се фокусирали върху митралната регургитация – състояние, при което клапата между левите камери на сърцето не се затваря правилно, което води до пропусклива сърдечна клапа, при която кръвта може да тече в обратна посока. Състоянието, от което страдат 24,2 милиона души по света, може да причини задух, подуване на крайниците и сърдечна недостатъчност. Предвид сложността на структурата на клапата, операциите за коригиране на това състояние са много сложни, което подчертава необходимостта от ефективна технология и прецизни хирургични техники.

За да разберат по-добре как функционира митралната клапа при здраво състояние и при заболяване, изследователският екип е разработил биороботичен модел на сърце, базиран на свинско сърце. Изследователите са заменили сърдечния мускул в лявата камера с мека, задвижвана от въздух роботизирана помпена система, изработена от силикон. Този изпълнен с въздух модел възпроизвежда свиването и съкращаването на сърцето, като ефективно изпомпва изкуствена кръв през кръвоносната система и имитира ритмичното свиване на биологичното сърце.

Когато екипът повредил митралната клапа в сърцето на биоробота, то показало признаци на пропусклива сърдечна клапа. След това екипът помолил кардиохирурзите да отстранят повредата, като използват три метода: да фиксират движещата се тъкан на крилото на клапата с изкуствени хорди, да заменят клапата с протеза и да присадят устройство, което да помогне за затварянето на крилото на клапата.

И трите процедури били успешни – кръвното налягане, кръвният поток и сърдечната функция се нормализирали. Друг много важен момент е, че по време на операцията изследователите са могли да събират необходимите данни в реално време. Моделът е бил съвместим със сегашните технологии за визуализация, използвани в клиниките. В биороботичното сърце изкуствената кръв е прозрачна, което позволява директното визуализиране на процеса.

„Симулаторът има огромно предимство като изследователски инструмент за тези, които изучават различните състояния на сърдечните клапи и интервенции. Той може да служи като платформа за обучение по хирургия за лекари, студенти по медицина и стажанти, както и да позволи на инженерите да изследват нови конструкции и дори да помогне на пациентите да разберат по-добре собственото си заболяване и потенциалните лечения“, казва старшият автор и биомедицински инженер Елън Рош от Масачузетския технологичен институт.

Екипът планира да оптимизира биороботичното сърце, да намали времето за производство и да увеличи срока на годност. Вместо да използват свинско сърце, те проучват и технологията за 3D принтиране, за да пресъздадат синтетично човешко сърце за системата. Работи се и върху биороботичното подобряване на свинските сърца, предназначени за трансплантация за хора, които засега не са много успешни и човешкият организъм отхвърля оригиналното свинско сърце. Навярно след една-две години ще започнат трансплантациите на усъвършенстваните по този начин сърца.