Tijdens een coronaire bypass-procedure, chirurgen sturen de bloedstroom om met behulp van een autologe bypass-transplantaat, meestal afkomstig van de eigen aderen van de patiënt. Echter, in bepaalde situaties waarin de patiënt geen geschikte ader heeft, chirurgen moeten vertrouwen op synthetische vaattransplantaten die, terwijl levensreddend, zijn meer vatbaar voor stolselvorming die uiteindelijk het transplantaat blokkeert.

Om het slagingspercentage van synthetische transplantaten te verbeteren, een onderzoeksteam onder leiding van de Universiteit van Pittsburgh onderzoekt of de "actieve rimpels" op het binnenoppervlak van slagaders kunnen helpen bij het verbeteren van het ontwerp van synthetisch transplantaat en het creëren van een beter alternatief voor autologe transplantaten voor bypass-chirurgie.

Het onderzoek wordt uitgevoerd door Sachin Velankar, universitair hoofddocent chemische technologie aan de Swanson School of Engineering; Edith Tzeng, hoogleraar chirurgie aan de School of Medicine; en Luka Pocivavsek, voormalig bewoner van de afdeling Chirurgie. Samen met Pocivavsek, die nu een vasculaire chirurgie fellow is aan de Universiteit van Chicago, Velankar en Tzeng lieten zich inspireren door slagaders om een ​​manier te vinden om de bloedstroom in synthetische transplantaten te verbeteren.

"Het binnenoppervlak van natuurlijke slagaders, bekend als het luminale oppervlak, is zwaar gerimpeld, " zei Velankar. "We wilden de effecten van deze rimpels onderzoeken om te zien of de overgang van een gladde naar een gerimpelde toestand stolselvorming zal voorkomen. We noemen dit dynamische topografie."

Pocivavsek, Velankar, en Tzeng werkte met een team van niet-gegradueerde studenten van de Swanson School of Engineering om een ​​model te maken om het idee te testen dat dergelijke "topografische" veranderingen aan het oppervlak een antitrombotische rol kunnen spelen. Ze riepen ook de hulp in van William Wagner, Directeur van Pitt's McGowan Institute for Regenerative Medicine, wiens lab expertise heeft over het meten van vervuiling - de ophoping van ongewenst materiaal op oppervlakken. Het team ontdekte dat oppervlakken die herhaaldelijk overgaan van een gladde naar gerimpelde toestand, weerstand bieden aan bloedplaatjesvervuiling, een bevinding die zou kunnen leiden tot trombose-resistente bypass-transplantaten.

Uitgerust met een strategie om de effectiviteit van synthetische transplantaten te verbeteren, Velankar en Tzeng willen dit onderzoek graag toepassen op klinische toepassingen en ontvingen een $ 454,- 539 R56 award van de National Institutes of Health om klinisch vertaalwerk te financieren.

"Onze slagaders zetten uit en trekken op natuurlijke wijze samen, gedeeltelijk gedreven door normale schommelingen in bloeddruk tijdens de hartcyclus, " zei Tzeng. "Onze hypothese is dat dit de overgang tussen gladde en gerimpelde luminale oppervlakken in slagaders stimuleert, en deze dynamische topografie kan een belangrijk antitrombotisch mechanisme in slagaders zijn. Ons doel is om dit nieuwe concept van een puur mechanische benadering te gebruiken om vasculaire graftvervuiling te voorkomen door de hartslag als aandrijfmechanisme te gebruiken."

Ze zijn ook geïnteresseerd in het onderzoeken van de biomechanica van de luminale rimpels in werkelijke slagaders en ontvingen onlangs een driejarige, $341, 599-beurs van de National Science Foundation om hun studie zowel in vivo als met dierenspecimens voort te zetten. Door een combinatie van simulatie en experimenten, ze hopen een beter begrip te krijgen van de functionele rol van luminale rimpels.

"We weten dat slagaders er gerimpeld uitzien in een microscoop", zei Velankar. "Maar wat zijn de onderliggende biomechanica? En wat gebeurt er als de slagader niet onder een microscoop ligt, maar draagt ​​het nog steeds bloed in het levende dier?"

Pocivavsek, Velankar, en Tzeng hebben onlangs hun onderzoeksresultaten in een Biomaterialen artikel getiteld "Actieve rimpels om zelfreiniging te stimuleren:een strategie voor antitrombotische oppervlakken voor vaattransplantaten" (DOI:10.1016/j.biomaterials.2018.11.005). Het is de eerste praktische toepassing van het concept dat ze eerder dit jaar in de Natuurfysica artikel getiteld "Topografie-gedreven oppervlaktevernieuwing" (DOI:10.1038/s41567-018-0193-x).

"We hopen dat onze nieuwe strategie om vervuiling te verminderen zal leiden tot de ontwikkeling van medische hulpmiddelen die de behandeling van gewonde of zieke slagaders zullen verbeteren, ' zei Velankar.

Ervan overtuigd dat hun onderzoek een positief resultaat kan opleveren, de groep creëerde Aruga Technologies, een spin-off bedrijf van Pitt's Innovation Institute. Het bedrijf streeft ernaar synthetische vaattransplantaten te ontwikkelen die kunnen worden gebruikt voor chirurgische ingrepen, zoals een coronaire bypass.