science >> Wetenschap >  >> Chemie

Ontwikkelen van elektrisch actieve materialen om beschadigde harten te herstellen

Elektrisch geleidende biomaterialen en hun toepassingen voor cardiale tissue engineering. In de APL Bioengineering van deze week, onderzoekers beoordelen het gebruik van elektrisch geleidende biomaterialen voor hartreparatie en -behandeling. Krediet:Michael Monaghan, Trinity College Dublin

Wanneer een hartaanval optreedt, spier in het hartweefsel kan littekens hebben, interfereren met elektrische activiteit die nodig is voor een gezonde hartfunctie. Er zijn medicamenteuze behandelingen beschikbaar die verdere schade verlichten, maar deze leiden niet tot weefselregeneratie. Het gebruik van kunstmatige materialen om beschadigde onderdelen te repareren of opnieuw te bouwen is geprobeerd, maar pas recentelijk heeft het werk zich gericht op de elektrische eigenschappen die nodig zijn voor een goede hartoperatie.

In deze week APL Bio-engineering onderzoekers beoordelen het gebruik van elektrisch geleidende biomaterialen voor hartreparatie en -behandeling. De onderzoekers overwogen drie manieren waarop deze materialen kunnen worden gebruikt:om steigers te maken waarop hartcellen kunnen regenereren, om elektrisch geleidende pleisters te maken om beschadigd weefsel te herstellen, en om injecteerbare hydrogels te produceren om medicijnen naar specifieke hartgebieden te vervoeren.

Een gezond hart klopt wanneer cellen in het myocard samentrekken. Het myocard bestaat uit nauwkeurig georiënteerde vezels, dus de samentrekking gebeurt op een draaiende manier. De weeën worden veroorzaakt door een elektrisch signaal van gespecialiseerde cellen die bekend staan ​​als de sinusknoop. Dit signaal wordt doorgegeven via de hartspier naar het myocard, tenzij het littekenweefsel tegenkomt. Het litteken, die werkt als een elektrische isolator, kan dit signaal stoppen, samentrekking bemoeilijken.

Onderzoekers ontwikkelen nu elektrisch geleidende materialen om dit probleem met littekenweefsel op te lossen door de elektrische geleidingseigenschappen van natuurlijk myocardium te matchen. De soorten materialen die in dit document worden besproken, zijn onder meer kleine buizen of vellen koolstof; uiterst kleine metaalnanodeeltjes, meestal van zilver of goud; metaalcarbiden, waaronder het veel gebruikte titaniumcarbide; en polymeren (kunststoffen) die zijn gedoteerd met speciale stoffen waardoor ze elektriciteit kunnen geleiden.

Elk vreemd materiaal dat in het lichaam wordt gebracht, moet biocompatibel zijn om toxiciteit op zowel korte als lange termijn te voorkomen. Sommige toxiciteitsproblemen zijn subtiel. Zilveren nanodeeltjes, bijvoorbeeld, een grootteafhankelijke toxiciteit hebben wanneer ze aan de longen worden toegediend. Voor veel van deze materialen toxiciteit, bijzonder lange termijn, is nog niet geëvalueerd. Echter, sommige van deze stoffen kunnen gunstige effecten hebben. Bijvoorbeeld, bepaalde metaalcarbiden, bekend als MXene, kunnen ontstekingsremmend werken.

Co-auteur Michael Monaghan suggereert dat "een polymeer dat bekend staat als PEDOT het meest geschikt is voor elektrisch geleidende grafts of scaffolds, omdat het kan worden vervaardigd in 3D-structuren zonder verschillende ondersteunende materialen. " De onderzoekers suggereren ook dat sommige van de toxische eigenschappen van PEDOT kunnen worden voorkomen door het materiaal vollediger te zuiveren wanneer het wordt voorbereid. Verder onderzoek is nodig.