Мягкий роборукав поможет сердцу перекачивать кровь

Ellen T. Roche et al., Science Translational Medicine, 2017

Международная группа ученых разработала и успешно испытала на животных имплантируемое мягкое роботизированное устройство, которое, облегая сердце, содействует его сокращениям. Оно предназначено для помощи пациентам с сердечной недостаточностью и ожидающим пересадки сердца. Результаты работы опубликованы в журнале Science Translational Medicine.

При сердечной недостаточности миокард левого желудочка сердца не способен обеспечивать полноценный кровоток и, как следствие, кровоснабжение органов и тканей. В тяжелых случаях для поддержания кровообращения применяют вспомогательные желудочковые системы, которые представляют собой имплантируемые насосы, которые перекачивают часть крови, разгружая левый желудочек. Такие устройства нуждаются в постоянном мониторинге и требуют приема антикоагулянтов для предотвращения свертывания крови.

Сотрудники Гарвардского университета с коллегами из других научных центров разработали вспомогательное устройство, которое представляет собой плотно облегающий сердце рукав из силикона, покрытого биосовместимым гидрогелем. В рукаве находятся два слоя пневматических искусственный мышц. Как и волокна миокарда, актуаторы внутреннего слоя расположены циркулярно, а внешнего — спирально. Их одновременное сокращение вызывает сжатие и скручивание рукава, повторяющие естественные движения сердца. Актуаторы подключены шлангами к внешнему насосу.


Работой насоса и, следовательно, сокращениями рукава управляет программируемая роботизированная система, которая синхронизирует их с сокращениями сердца по ЭКГ или по скорости кровотока в аорте. Актуаторы могут сокращаться одновременно или в заданной последовательности, чтобы соответствовать особенностям поражения миокарда у каждого конкретного пациента и обеспечивать максимальное содействие работе сердца.

Поскольку роборукав накладывается снаружи сердца, он не контактирует с кровью и, следовательно, не вызывает образования тромбов и не требует приема антикоагулянтов.

Устройство испытали на шести свиньях с искусственно вызванной сердечной недостаточностью. Путем введения короткодействующего бета-адреноблокатора эсмолола минутный объем кровотока (МОК, объем крови, выбрасываемой сердцем за минуту) животных снизили до 45 процентов от исходного. При включении вспомогательного устройства МОК увеличился до 97 процентов от исходного уровня, или на 113 процентов. Кроме того, соответствующим образом запрограммированный прибор смог обеспечить достаточное кровообращение при полной остановке сердца.


«Это исследование показывает, что растущая индустрия мягкой робототехники может найти применение для клинических нужд и, возможно, уменьшить бремя заболеваний сердца и повысить качество жизни пациентов», — заключила одна из авторов работы Эллен Рош (Ellen Roche).

Как пишут исследователи, работа стала доказательством концепции того, что мягкие роботы могут эффективно и безопасно взаимодействовать с живыми тканями. Для внедрения в медицинскую практику устройство должно пройти масштабные доклинические и клинические испытания.

Ранее швейцарские ученые разработали для помощи пациентам с сердечной недостаточностью миниатюрный насос, накладываемый на аорту у ее выхода из левого желудочка сердца. Перистальтические движения устройства помогают выводить кровь в аорту, разгружая миокард желудочка.

Олег Лищук

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.