Forscher haben eine neue Art von Klebstoff-patch kann direkt auf dem Herzen und vielleicht eines Tages helfen, reduzieren die Dehnung des Herzmuskels tritt Häufig nach einem Herzinfarkt.
Der patch, hergestellt aus einer Wasser-basierten hydrogel-material wurde entwickelt mit Hilfe von computer-Simulationen des Herz-Funktion, um die Feinabstimmung des Materials mechanische Eigenschaften. Eine Studie an Ratten zeigte, dass der patch wurde wirksam bei der Verhinderung der linksventrikulären remodeling — eine Dehnung des Herzmuskels, die Häufig nach einem Herzinfarkt und reduziert die Funktion des Herz – pumpende Kammer. Die Forschung zeigte auch, dass die computer-optimierte patch übertroffen patches, deren mechanische Eigenschaften ausgewählt wurden, auf ad-hoc-basis.
Die Forschung, veröffentlicht in der Natur Biomedical Engineering, war eine Zusammenarbeit zwischen computer-Modellierung und-Mechaniker Forscher der Brown University School of Engineering, Kardiologie Forscher von der Fudan Universität und Materialwissenschaftler von der Soochow-Universität.
“Teil der Grund, dass es schwierig für das Herz zu erholen sich nach einem Herzinfarkt ist, dass Sie zu halten Pumpen,”, sagte Huajian Gao, professor für Maschinenbau an der Brown und ein co-Autor auf dem Papier. “Die Idee hier ist, zu bieten mechanische Unterstützung für die geschädigten Gewebes, welches hoffentlich gibt es eine chance zu heilen.”
Vorherige Untersuchungen hatten gezeigt, dass die mechanische patches wirksam sein könnte, sagen die Forscher, aber niemand hatte getan, keine Forschung auf, was die optimalen mechanischen Eigenschaften von so ein patch sein könnte. Als ein Ergebnis, das die Dicke und Steifigkeit des möglichen patches sind sehr unterschiedlich. Und immer diese Eigenschaften, ist sehr wichtig, Gao sagt.
“Wenn das material zu hart oder steif ist, dann könnte man sich darauf beschränken die Bewegung des Herzens, so dass es nicht erweitern kann, um die Lautstärke, es muss”, sagte er. “Aber wenn das material zu weich ist, dann wird es nicht genug Unterstützung. So brauchten wir einige mechanische Prinzipien, die uns leiten.”
Zu entwickeln, die Prinzipien, die Forscher entwickelten ein computer-Modell eines schlagenden Herzen, die erobert die mechanische Dynamik der sowohl das Herz selbst und den patch behoben, wenn das Herz ist außen. Yue Liu, student an der Brown, führte die Modellierung Arbeit, sagt das Modell hatte zwei wesentliche Komponenten.
“Ein Teil wurde zum Modell der normalen Funktion des Herzens — das ausdehnen und zusammenziehen,” Liu sagte. “Dann werden wir unsere patch auf der Außenseite zu sehen, wie es beeinflusst die Funktion, um sicherzustellen, dass der patch nicht darauf beschränken, das Herz. Der zweite Teil war, zu modellieren, wie das Herz gestaltet nach Myokardinfarkt, also dann könnten wir schauen, wie viel mechanische Unterstützung war notwendig, um zu verhindern, dass Prozess.”
Mit diesen Eigenschaften in der hand, das team wandte sich an die Biomaterialien lab Lei Yang, Braun Ph. D.-Absolvent, der ist jetzt professor an der Soochow-Universität und der Hebei University of Technology in China. Yang und sein team entwickelten ein hydrogel-material aus der Nahrung beschafft Stärke, dass könnte mit den Eigenschaften aus dem Modell. Der Schlüssel zu dem material ist, dass es viskoelastischen, das heißt, es verbindet Feste und flüssige Eigenschaften. Es hat fluid-Eigenschaften bis zu einer gewissen Menge an stress, an welcher Stelle es erstarrt und wird steifer. Das macht das material ideal für die Aufnahme der Bewegung des Herzens und für die notwendige Unterstützung zur Verfügung gestellt, sagen die Forscher.
Auch das material ist Billig (ein patch kostet weniger als einen Cent, sagen die Forscher) und einfach zu machen, und Experimente haben gezeigt, dass es wurde nicht toxisch. Die nagetier-Studie schließlich zeigte, dass es wirksam war bei der Verringerung der post-Herzinfarkt Schäden.
“Der bereitgestellte patch nahezu optimale mechanische unterstützt nach Myokardinfarkt (d.h. massives Absterben von Herzmuskelzellen),” sagte Ning Sun, ein Kardiologie-Forscher an der Fudan-Universität in China und eine Studie co-Autor. “[Er] behauptet, eine bessere Herzleistung und damit deutlich reduziert die überlastung von diesen verbleibenden kardiomyozyten und unerwünschte kardiale remodeling.”
Biochemische Marker zeigten, dass der patch reduziert den Zelltod, Narben-Akkumulation im Gewebe und den oxidativen stress im Gewebe beschädigt durch Herzinfarkt.
Weitere Untersuchung ist erforderlich, sagen die Forscher, aber die ersten Ergebnisse sind vielversprechend für eine spätere Verwendung in klinischen Studien.
“Es bleibt abzuwarten, ob es funktionieren wird, bei den Menschen, aber es ist sehr vielversprechend,” Gao sagte. “Wir sehen keinen Grund, jetzt, dass es nicht funktionieren würde.”
