Vedci vo Švajčiarsku z École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) a Univerzity v Berne úspešne implantovali – in vivo – svoj prvý umelý tubulárny sval, ktorý zväčšuje aortu a pomáha srdcovým funkciám pri pumpovaní krvi. Na základe týchto výsledkov poskytla Nadácia Wernera Siemensa zelenú pre udelenie ďalších 8-miliónov CHF počas 8 rokov na vývoj umelých svalov pre ľudské poruchy.
V januári 2021 oznámili inžinieri EPFL v Advanced Science svoj koncept nového prístroja na podporu srdca, ktorý neobsahuje tuhé kovové komponenty. Skladá sa z mäkkého umelého svalu obaleného okolo aorty, ktorý môže zúžiť a rozšíriť cievu, čo v konečnom dôsledku zvyšuje jej prirodzenú funkciu a pomáha srdcu pumpovať krv do zvyšku tela.
Teraz inžinieri EPFL pod vedením Yvesa Perriarda z Laboratória integrovaných pohonov v spolupráci s Univerzitou v Berne úspešne implantovali svoj prvý umelý tubulárny sval do prasaťa. Počas 4-hodinovej operácie ich srdcové asistenčné zariadenie udržiavalo 24 000 pulzácií, z ktorých 1 500 bolo umelo aktivovaných augmentovanou aortou.
Tento čin získal zostávajúcich 8-miliónov CHF z 12 od Nadácie Wernera Siemensa pre všeobecnejší rozvoj umelých svalov.
Ako vysvetlil Perriard: „Práve sme dosiahli prvý dôkaz na svete o koncepcii úspešnou implantáciou nášho srdcového prístroja do živého prasaťa. Sme nadšení, že môžeme pokračovať v ďalšom kole projektov vďaka podpore Nadácie Werner Siemens.“
Koncom roku 2017 dostali inžinieri sľúbený dar vo výške 12-miliónov CHF od Nadácie Wernera Siemensa na založenie Centra pre umelé svaly pri EPFL, ktorý sa má poskytovať na základe vedeckých pokrokov, ako je napríklad tento najnovší dôkaz koncepcie.
Dodatočné prostriedky sa použijú na ďalšie fázy projektu, ktoré zahŕňajú vývoj umelých svalov na riešenie iných ľudských porúch, ako sú umelé zvierače, v spolupráci s Univerzitou v Berne, ktoré by mohli vyriešiť napríklad inkontinenciu moču alebo na obnovenie kontroly výrazu tváre spolu s Univerzitou v Zürichu.
Srdcová technológia novej generácie
Súčasná srdcová technológia vyžaduje pripojenie srdca priamo k pumpe, čo znamená invazívnu operáciu srdca. Tradičné pumpy navyše používajú na zabezpečenie prietoku krvi pevné mechanické systémy zahŕňajúce vrtuľu, ktoré však tiež ničia červené krvinky, čo z nej robí neudržateľné riešenie.
Nové srdcové zariadenie navrhnuté inžiniermi EPFL nemanipuluje priamo so srdcom, ale s aortou. Koncept zahŕňa umiestnenie dielektrického elastomérového aktuátora (DEA) – polyméru, ktorý transformuje elektrickú energiu na mechanickú prácu – okolo aorty blízko aortálnej chlopne. Použitím elektrického napätia na ich prístroj aktivátor umelo zúži a rozšíri aortu a pôsobí ako tubulárny sval, ktorý napodobňuje prirodzenú funkciu aorty.
Ako vysvetlil Yoan Civet z laboratória integrovaných pohonov EPFL: „Naša umelá aorta napodobňuje spôsob zúženia a relaxácie krvných ciev, aby sa krv dostala do obehového systému. Rozdiel je v tom, že prirodzená činnosť aorty je pasívna v dôsledku krvného tlaku, zatiaľ čo naše zariadenie je riadené externým napätím. Pomocou našej umelej aorty srdce spotrebuje menej energie na cirkuláciu rovnakého množstva krvi.“
Civet dodal: „Náš DEA nie je samostatné čerpadlo. Srdce udržuje funkciu DEA poskytovaním arteriálneho tlaku a na oplátku DEA pomáha srdcu a zvyšuje jeho efektívnosť pri pumpovaní krvi.“
Perriard uviedol: „Naše zariadenie je minimálne invazívne v tom, že sa nedotýkame priamo srdca. V zásade tiež zachováva červené krvinky kvôli nedostatku tuhých kovových komponentov, na rozdiel od tradičných metód.“
Mnoho výziev ešte zostáva
Perriard a jeho tím sú nadšení z úspechu svojich najnovších srdcových úspechov, ale sú si vedomí aj výhrad.
Napríklad súčasná verzia ich DEA umiestnená na aorte nemusí mať žiadne kovové komponenty, stále však obsahuje plastové komponenty, ktoré sú pevné a používajú sa na pripojenie zariadenia k aorte.
DEA by tiež malo byť ideálne umiestnené okolo aorty, ale musí sa to ešte dosiahnuť. Inžinieri poukazujú na to, že musia nájsť riešenie, ktoré nezahŕňa rezanie aorty na implantáciu ich prístroja. Ako vysvetlil Perriard: „Možno je riešením nájsť spôsob, ako prinútiť aortu, aby dodržiavala naše zariadenie.“
Viac informácií:
Feasibility of a Dielectric Elastomer Augmented Aorta
Zdroj: EPFL, zverejnené: 1. 7. 2021, autor: rpa
