Onderzoekers van Rice University en Texas Heart Institute bestuderen het gebruik van zachte, flexibele vezels gemaakt van koolstofnanobuisjes om de elektrische geleiding naar beschadigd hartweefsel te herstellen.

Met steun van de American Heart Association, deze instellingen zullen het vermogen van de vezels testen om elektrische gaten in weefsel te overbruggen die worden veroorzaakt door hartritmestoornissen die jaarlijks meer dan 4 miljoen Amerikanen treffen.

Een kloppend hart wordt aangestuurd door elektrische signalen die ervoor zorgen dat de weefsels samentrekken en ontspannen. Littekens in hartweefsel geleiden weinig of geen elektriciteit. Zacht, sterk geleidende vezels bieden een manier om die gaten te omzeilen.

"Het zijn net verlengsnoeren, " zei Mehdi Razavi, de directeur van klinisch onderzoek op het gebied van elektrofysiologie aan het Texas Heart Institute en de hoofdonderzoeker van het project. "Ze stellen ons in staat om lading van de ene kant van het litteken op te pakken en aan de andere kant af te geven. we kortsluiten de kortsluiting."

De vezels van nanobuisjes die in Rice zijn ontwikkeld door het laboratorium van scheikundige en chemisch ingenieur Matteo Pasquali, zijn ongeveer een kwart van de dikte van een mensenhaar. Maar zelfs een centimeter lang stuk van het materiaal bevat miljoenen nanobuisjes, microscopisch kleine cilinders van pure koolstof ontdekt in de vroege jaren 1990.

Hoewel de vezels werden ontwikkeld om de kilometerslange kabels in commerciële vliegtuigen te vervangen om gewicht te besparen, hun potentieel voor medische toepassingen werd snel duidelijk, zei Pasquali.

"We hebben de vezel niet ontworpen om zacht te zijn, maar het blijkt mechanisch erg op een hechtdraad te lijken, "zei hij. "En het heeft alle elektrische functies die nodig zijn voor een toepassing als deze."

Omdat de vezels zacht zijn, flexibel en extreem taai, ze zullen naar verwachting veel geschikter zijn voor biologische toepassingen dan de metalen draden die worden gebruikt om stroom te leveren aan apparaten zoals pacemakers. Ze hebben al potentieel aangetoond om mensen met de ziekte van Parkinson te helpen die hersenimplantaten nodig hebben om hun neurologische aandoening te behandelen.

"Mensen die overgaan tot hartfalen, kunnen na verloop van tijd littekenweefsel vormen, " zei Mark McCauley, een cardiale elektrofysioloog aan het Texas Heart Institute. "Er zijn veel verschillende manieren waarop littekens de geleiding in het hart kunnen beïnvloeden. De laatste tijd zijn we het meest geïnteresseerd in de ontwikkeling van littekens na hartaanvallen, maar we geloven dat deze vezel ons kan helpen bij de behandeling van allerlei soorten hartritmestoornissen en elektrische geleidingsproblemen."

"Metaaldraden kunnen zelf littekens in het weefsel veroorzaken, " zei Flavia Vitale, een onderzoekswetenschapper in het laboratorium van Pasquali die toepassingen van nanobuisvezels ontwikkelt. "Als u eraan denkt om een ​​naald in uw huid te steken, uiteindelijk zal je huid reageren en deze volledig isoleren, omdat het stijf is. Er zal zich litteken rond de naald vormen.

"Maar deze vezels zijn uniek, "zei ze. "Ze zijn kleiner en flexibeler dan een mensenhaar en zo sterk dat ze buigvermoeidheid kunnen weerstaan ​​als gevolg van het constante kloppen van het hart."

Vitale merkte op dat de lage impedantie van de vezels (de weerstand tegen stroom) ervoor zorgt dat elektriciteit gemakkelijk van weefsel naar brug en terug kan gaan, veel beter dan met metalen draden.

De onderzoekers testen de biocompatibiliteit van de vezels, maar hopen dat menselijke proeven niet meer dan een paar jaar duren.

Razavi zei een kluis, effectieve manier om elektriciteit te geleiden door littekens in het hartweefsel zal een revolutie teweegbrengen in de behandeling. "Mochten deze uitgebreidere studies onze eerste bevindingen bevestigen, een paradigmaverschuiving in de behandeling van plotselinge hartdood binnen bereik komt, aangezien voor het eerst de onderliggende oorzaak van deze gebeurtenissen op permanente basis kan worden gecorrigeerd, " hij zei.

Pasquali zei verheugd te zijn een nieuwe manier te zien waarop nanotechnologie, waar Rice bekend om staat, levens kan helpen redden. "We zijn vanaf het begin enthousiast geweest om meer te weten te komen over elkaars gebieden en om toepassingen voor het materiaal te bedenken, " zei hij over zijn vriendschap - en nu samenwerking - met Razavi. "We zijn vastbesloten om manieren te vinden om ziekten te behandelen in plaats van te beheersen."