Serce ze wspomaganiem

Kurczy się przeszło 2,5 miliarda razy w ciągu naszego życia. Dziennie przepompowuje około 7 tysięcy litrów krwi. Nic dziwnego, że czasem zdarza mu się "zastrajkować". Wtedy na ratunek przychodzą nowoczesne i innowacyjne wspomagacze.

Jednym z najnowszych i niezwykle interesujących wynalazków jest... nasercowy futerał wymyślony przez zespół Johna Rogera z University of Illinois w Urbana Champaign. Naukowcy postanowili stworzyć coś na kształt delikatnej membrany, którą można by nałożyć na serce i w ten sposób mierzyć jego właściwości. Do budowy pokrowca wykorzystali cienki, silikonowy arkusz, na który nanieśli 68 mikroczujników. Następnie uformowali go na kształt króliczego serca, wydrukowanego w technice 3D, i nałożyli go na prawdziwy, bijący narząd (jeszcze poza organizmem zwierzęcia). Po chwili na ekranie mogli obserwować podstawowe parametry badanego organu: jego pH, temperaturę oraz aktywność elektryczną.

Jak twierdzą naukowcy, ich wynalazek nie musi służyć tylko do bardzo precyzyjnych pomiarów. Nic nie stoi na przeszkodzie, by w silikonowej otoczce zamieścić też elektrody pobudzające i tym zastąpić tradycyjne, duże i mało elastyczne rozruszniki.

Do tej pory zespół przeprowadzał jedynie badania na organach zwierząt (szacuje się, że badania kliniczne z udziałem ludzi mogłyby się odbyć dopiero za kilka lat), ale jego członkowie już mają ambitne plany. Rogersowi marzy się bowiem utworzenie takiej wersji urządzenia, która samoistnie w całości ulegałaby rozpuszczeniu po upływie czasu, w którym była potrzebna (dzięki temu można by było uniknąć obciążających i ryzykownych operacji). Naukowiec uważa również, że jego wynalazek można będzie zastosować do badania czy leczenia innych części ciała, na przykład mózgu.

Klej do serca?

Innym innowacyjnym pomysłem jest wynaleziony przez trzech amerykańskich naukowców... klej do serca i naczyń krwionośnych. Jego powstanie zainspirowały... obserwacje zwierząt przyczepiających się do mokrych powierzchni. Badając te stworzenia i ich możliwości, badacze – Jeff Karp z Brigham and Women’s Hospital, Bob Langer z Massachusetts Institute of Technology i Pedro del Nido z Bostońskiego Szpitala Dziecięcego – wpadli na pomysł, by stworzyć substancję pozwalającą na szybkie łączenie tkanek w wilgotnym środowisku płynów ustrojowych. Postanowili więc rozszerzyć możliwości gotowego już poliakrylanu glicerolu kwasu sebacynowego (PGKS), który do tej pory był używany jako rusztowanie do wzrostu tkanek. Dodali do niego substancję, która pod wpływem promieni UV powoduje utwardzenie całości materiału, a także zmienili pierwotny PGKS tak, by stał się on łatwo rozprowadzalną, lepką cieczą. W wyniku licznych eksperymentów uzyskali klej, któremu nie straszne są trudne warunki panujące wewnątrz organizmu. W przeciwieństwie do innych dotychczas stosowanych preparatów (np. cyjanoakrylanów), PGKS nie zastyga od razu po zetknięciu z wodą czy innym wilgotnym środowiskiem. Dzięki temu można go precyzyjnie umieścić w miejscu wypełnionym krwią – zostanie on utwardzony dopiero wtedy, gdy użyjemy promieniowania ultrafioletowego. Co więcej, PGKS wypycha cząsteczki wody, więc może wniknąć głęboko we włókna tkanki. I na dodatek jest całkowicie biozgodny, ponieważ jest wytwarzany z substancji, które znajdują się w organizmie.

Dotychczas przeprowadzone testy na świniach przynoszą niezwykle obiecujące rezultaty: naukowcom udało się w ten sposób zamocować łatki na bijących sercach tych zwierząt oraz naprawić uszkodzoną tętnicę szyjną. Świnie zabieg przeżyły i nie stwierdzono u nich żadnych krwotoków ani zakrzepów, dlatego też, jak szacują twórcy, może już za 3 lata ich produkt będzie używany w leczeniu pacjentów.

Złote serce

A może tak mieć... serce ze złota? Już niedługo to powiedzenie przestanie być tylko przenośnią. Otóż naukowcy z uniwersytetu w Tel Avivie – dr Tal Dvir i jego doktorant Michal Schevach – we współpracy z Centrum Nanonauki i Nanotechnologii opracowali nasercowe "łatki" ze złotymi nanowłóknami, które poprawiałyby rozprowadzanie sygnałów elektrycznych.

Problem z prawidłową aktywnością elektryczną serca pojawia się przede wszystkim po zawałach, po których powstają tak zwane blizny pozawałowe. Tkanka, z której są zbudowane, jest włóknista i twardsza od pozostałej. Każda taka blizna w znaczący sposób osłabia więc serce, które nie kurczy się już prawidłowo.

Rozwiązaniem tego problemu może się okazać właśnie wynalazek izraelskich naukowców. Wyhodowali oni bowiem nową tkankę, powstałą z połączenia kardiomiocytów (komórek mięśniowych serca), pobranych od pacjentów lub zwierząt, oraz nanowłókien z nanocząsteczkami złota. Okazało się, że tak stworzony implant powoduje silniejsze skurcze (niż ten bez cząsteczek złota), jest grubszy, a dodatkowo zapewnia skuteczną komunikację elektryczną (przewodzi prąd). Szacuje się, że około 50 proc. osób, które przeżyły atak serca, umiera w ciągu następnych 5 lat. Być może już wkrótce, jeśli tylko wynalazek naukowców przejdzie odpowiednie testy kliniczne, statystyki przeżywalności pacjentów po zwałach ulegną znacznej poprawie.

Leczniczy wirus

A gdyby tak wykorzystać wirusy do leczenia serca? Nic nie stoi na przeszkodzie. Takie oryginalne rozwiązanie naukowcy z Cedars-Sinai Heart Institute zastosowali do pobudzenia serca tak, by samodzielnie naprawiło niedziałający węzeł zatokowo-przedsionkowy (WZP). Jest on nadrzędnym ośrodkiem układu bodźcoprzewodzącego serca, który kontroluje bicie serca poprzez wysyłanie odpowiednich sygnałów elektrycznych. Czasem jednak zdarza się, układ ten zaczyna zawodzić: serce bije zbyt szybko lub zbyt wolno, a niekiedy w ogóle się zatrzymuje. Oczywiście można wszczepić rozrusznik, jednakże co kilka lat należy go wymieniać, co wiąże się z koniecznością przebycia obciążającej operacji.

Amerykańscy badacze postanowili zaradzić temu problemowi i wpadli na pomysł, by wstrzyknąć do organizmu świnki morskiej genetycznie zmodyfikowanego wirusa, tak aby przekształcić zwykłe komórki mięśniowe w działające komórki P węzła zatokowo-przedsionkowego. Ich eksperyment okazał się sukcesem: do komórek serca wirus wprowadził gen Tbx18, który w normalnych warunkach jest aktywny tylko w okresie płodowym, gdy dopiero tworzy się układ bodźcoprzewodzący. Po kilku dniach zakażone wirusem komórki stały się mniejsze i szczuplejsze. Część z nich nabyło także właściwości generowania impulsów elektrycznych, takich jakie są wysyłane przez WZP.

Emilia Dominiak