Исследователи из Университета Нового Южного Уэльса создали мягкую роботизированную модель сердца, которая воспроизводит его движения, работу клапанов и изменения кровотока при некоторых заболеваниях. В будущем такая платформа сможет помочь разработчикам испытывать медицинские устройства и сравнивать варианты лечения до их проверки на животных и пациентах.
Новая модель воспроизводит левую половину сердца, включая предсердие, желудочек и расположенные между ними клапаны. Ее внутренние камеры образованы силиконовыми мембранами, а обернутые вокруг них мягкие искусственные мышцы работают за счет гидравлического давления и повторяют сокращение и скручивание сердечной ткани.
В отличие от более простых лабораторных стендов, роботизированная модель включает искусственные папиллярные мышцы и хорды, которые поддерживают работу митрального клапана. Он расположен между левым предсердием и желудочком и не дает крови двигаться в обратном направлении. При нарушении его работы возникает утечка крови, повышается нагрузка на сердце и может развиться сердечная недостаточность.
Читайте также
Британский стартап разработал способ продлить действие генной терапии
Искусственное сердце научилось «болеть»
Ученые научились менять натяжение искусственных папиллярных мышц и таким образом управлять работой митрального клапана. Модель смогла воспроизвести пролапс, при котором створки клапана выпячиваются, и митральную регургитацию, сопровождающуюся обратным током крови.
С помощью ультразвука и измерений давления и кровотока команда проверила, насколько поведение модели соответствует физиологии человека. При нормальной работе клапана система воспроизводила ожидаемые показатели давления и движения крови. После имитации заболевания усиливался обратный поток, а давление и объем крови на выходе снижались, как это происходит при клапанных нарушениях.
По мнению исследователей, система сможет дать разработчикам контролируемую и воспроизводимую среду для изучения заболеваний и раннего испытания медицинских устройств. Это потенциально позволит сократить число экспериментов на животных на первых этапах разработки, хотя полностью заменить их модель пока не может.
Читайте также
Verge Labs представила «виртуальную биопсию» для разработки лекарств от болезней мозга
Платформа для будущих медицинских технологий
Ученые уже испытали внутри «бьющегося» сердца новый мягкий роботизированный катетер. Он смог перемещаться между внутренними структурами модели и измерять силу контакта с ними во время движения. Такой стенд может упростить доработку катетеров и других инструментов для малоинвазивных вмешательств еще до испытаний на живых организмах.
В будущем исследователи хотят создавать персонализированные версии модели по данным компьютерной томографии, магнитно-резонансной томографии и другой медицинской визуализации пациентов. На таких стендах врачи потенциально смогут сравнивать размеры и настройки имплантатов, проверять разные варианты вмешательства и точнее планировать операцию.
Пока технология остается экспериментальным прототипом и не готова к применению при лечении пациентов. Исследователям предстоит улучшить материалы и систему управления, точнее воспроизвести отдельные функции сердца и сравнить результаты с данными пациентов с разной анатомией и тяжестью заболеваний. Тем не менее работа показала, что мягкие роботизированные модели могут стать полезным стендом для изучения болезней и проверки новых медицинских устройств.
Подпишитесь на «Инк» в Telegram. Там мы пишем нескучным языком о самом важном для предпринимателей. Подписаться.