'Soft Robot' entwickelt, um ausgefallene Herzen zu pumpen

Ein Forscherteam hat eine Roboterhülse entworfen, die die Muskeln des Herzens künstlich nachahmen kann. Diese neue Technologie könnte ein Lebensretter für Personen mit Herzinsuffizienz sein, die auf eine Transplantation warten.
Weiche Roboter könnten die Herzmedizin revolutionieren.

Jedes Jahr erhalten mehr als 2.000 Menschen in den Vereinigten Staaten Herztransplantationen und unglaubliche 5,7 Millionen Herzversagen.

Eine Herzinsuffizienz tritt auf, wenn eine der Herzkammern des Herzens ihre Aufgabe, Blut um den Körper herum zu pumpen, nicht mehr erfüllen kann.

Die Warteliste für Herztransplantationen ist lang und viele Menschen sterben, bevor ein Spender gefunden wird. Die Entwicklung von Wegen, Leben zu verlängern, während Patienten auf ein neues Organ warten, ist daher eine Priorität.

Gegenwärtig können ventrikuläre Unterstützungsvorrichtungen (ventricular assist devices, VADs) verwendet werden, um die Gesundheit von Patienten mit einer Herzschwäche im Endstadium, die auf eine Transplantation warten, zu verbessern. Sie sind jedoch nicht ideal.

VADs arbeiten, indem sie Blut aus dem Herzen pumpen und es um den Körper herum schieben. Um zu arbeiten, muss das Blut die Grenzen der Blutgefäße verlassen und durch Röhren und Rotoren reisen.

Wegen dieses Kontaktes mit Fremdmaterial muss der Patient Antikoagulanzien einnehmen. Diese Medikamente können VADs zu einer brauchbaren Lösung machen, aber sie erhöhen auch das Schlaganfallrisiko um 20 Prozent.

Neben VADs sind Herzhülsen eine weitere Option; Sie sitzen um das Herz herum und drücken es, um Muskelkontraktionen zu reproduzieren. Diese Eingriffe zur Herzkompression sind ebenfalls nicht perfekt und bis vor kurzem noch weitgehend aufgegeben worden.

Ein neues Zeitalter der Roboter

Dr. Frank Pigula vom Norton Children's Hospital in Louisville, Kentucky, der an der Forschung am Boston Children's Hospital in Massachusetts teilnahm, erklärt: "Das Herzfeld hatte sich von der Idee der Entwicklung von Herzkompression anstelle von blutpumpenden VADs abgewandt aufgrund technologischer Einschränkungen. Aber jetzt, mit den Fortschritten in der weichen Robotik, ist es an der Zeit, umzukehren. "

Diese Woche, ein neuer Proof of Concept - veröffentlicht in der Zeitschrift Wissenschaft Translationale Medizin - öffnet die Türen zu Herzkompressionsgeräten. Ein Team von biomedizinischen Ingenieuren und Klinikern aus Harvard in Cambridge, Massachusetts, und dem Boston Children's Hospital hat eine Roboterhülse entwickelt und getestet, die das Herz so verdreht und komprimiert, wie gesunde Ventrikel es tun würden.

Obwohl das klassische Bild eines Roboters eine solide Struktur ist, die interstellaren Kriegen standhalten kann, sind die Roboter der modernen medizinischen Forschung das genaue Gegenteil. Eine neue Welle sogenannter weicher Roboter, die aus Elastomeren, Fasern und anderen Füllmaterialien hergestellt werden, können innig und sanft mit der menschlichen Anatomie interagieren.

Dieses bahnbrechende Herzstück, das ausschließlich aus nicht-starren, biokompatiblen Materialien hergestellt wird, sitzt außerhalb des Herzens, so dass keine Antikoagulanzien erforderlich sind und Infektionsrisiken minimiert werden. Es verwendet pneumatisch angetriebene "Luftmuskeln", sogenannte Aktoren.

Laut Dr. Nikolay Vasilyev, Co-Autor des aktuellen Papiers: "Die weichen Roboteraktuatoren sind im Wesentlichen künstliche Muskeln." Die dünne Silikonhülle ist an eine externe Pumpe angeschlossen, die Luft verwendet, um die Aktuatoren mit Energie zu versorgen.

Ein Abschnitt der Hülse dreht sich und der andere zwängt sich und ahmt beide Ventrikel des Herzens nach. Frühere Herzschläuche waren insofern begrenzt, als sie sich nur quetschen konnten.

Das lebensrettende Potenzial des weichen Roboters

Die erste Autorin der Studie, Ellen Roche, Ph.D. - der jetzt an der National University of Ireland Galway arbeitet - sagt: "Wir können Teile des Geräts unabhängig steuern und die Hilfe an die Bedürfnisse des Patienten anpassen." Wenn also eine Seite des Herzens eines Patienten schwächer ist, kann sie entsprechend modifiziert werden.

Sie fährt fort: "Ich bin optimistisch, dass die weiche Roboterhülse möglicherweise zusätzlich zur Langzeittherapie für eine kurzfristige kardiologische Rehabilitation verwendet werden könnte."

Die Teams haben kürzlich ihre Studien zu Schweinen veröffentlicht, in denen sie einen Herzstillstand bei den Tieren induzierten und dann das Robotergerät implantierten. Sie konnten die Fähigkeit der Manschette demonstrieren, das Herz zu 97 Prozent seines ursprünglichen Herzzeitvolumens wiederherzustellen.

"Diese Arbeit stellt ein aufregendes Proof-of-Concept-Ergebnis für diesen weichen Roboter dar und zeigt, dass er sicher mit weichem Gewebe interagieren und zu einer Verbesserung der Herzfunktion führen kann."

Studieren Sie Co-Leiter Conor Walsh, Wyss Institute, Massachusetts

Wenn das Gerät verfeinert wird, gibt es eine echte Chance, Leben zu retten. Die meisten Patienten mit Herzinsuffizienz behalten ein gewisses Maß an Funktion in ihrem Herzen, und die Hülse hat das Potenzial, die Lebensqualität dieser Menschen wiederherzustellen. Da Herzinsuffizienz weltweit 41 Millionen Menschen betrifft, könnten die Auswirkungen weitreichend sein.

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