Wetenschappers en artsen hebben de afgelopen decennia enorme sprongen gemaakt in de behandeling van hartproblemen - vooral met de ontwikkeling in de afgelopen jaren van zogenaamde "hartpatches, " zwaden van geconstrueerd hartweefsel dat de hartspier kan vervangen die is beschadigd tijdens een hartaanval.

Dankzij het werk van Charles Lieber en anderen, de volgende sprong is misschien in zicht.

De Mark Hyman, Jr. Hoogleraar Scheikunde en voorzitter van de afdeling Scheikunde en Chemische Biologie, Lieber, postdoctoraal onderzoeker Xiaochuan Dai en andere co-auteurs van een studie die de constructie beschrijft van elektronische scaffolds op nanoschaal die kunnen worden bezaaid met hartcellen om een ​​"bionische" cardiale patch te produceren. De studie wordt beschreven in een paper van 27 juni gepubliceerd in: Natuur Nanotechnologie .

"Ik denk dat een van de grootste gevolgen uiteindelijk zou zijn in het gebied waar beschadigd hartweefsel wordt vervangen door voorgevormde weefselpleisters, Lieber zei. "In plaats van simpelweg een technische patch te implanteren die op een passieve steiger is gebouwd, onze werken suggereren dat het mogelijk zal zijn om chirurgisch een geïnnerveerde pleister te implanteren die nu in staat zou zijn om zijn prestaties te controleren en subtiel aan te passen."

Eenmaal geïmplanteerd, Lieber zei, de bionische patch zou op dezelfde manier kunnen werken als een pacemaker - elektrische schokken afgeven om aritmie te corrigeren, maar daar houden de mogelijkheden niet op.

"In dit onderzoek, we hebben laten zien dat we de frequentie en richting van signaalvoortplanting kunnen veranderen, " vervolgde hij. "Wij geloven dat het heel belangrijk kan zijn voor het beheersen van aritmie en andere hartaandoeningen."

In tegenstelling tot traditionele pacemakers, Lieber zei, de bionische patch - omdat de elektronische componenten in het weefsel zijn geïntegreerd - kan aritmie veel eerder detecteren, en werken op veel lagere spanningen.

"Zelfs voordat iemand begon in grootschalige aritmie te gaan die vaak onomkeerbare schade of andere hartproblemen veroorzaakt, dit zou de instabiliteiten in een vroeg stadium kunnen detecteren en eerder kunnen ingrijpen, " zei hij. "Het kan ook continu de feedback van het weefsel volgen en actief reageren."

"En een normale pacemaker, omdat het aan de oppervlakte is, moet relatief hoge spanningen gebruiken, ’ voegde Lieber toe.

De patch kan ook worden gebruikt, Lieber zei, als een hulpmiddel om de reacties onder cardiale medicijnen te volgen, of om farmaceutische bedrijven te helpen de effectiviteit van geneesmiddelen in ontwikkeling te screenen.

Hetzelfde, de bionische cardiale patch kan ook een uniek platform zijn, hij noemde verder, om het weefselgedrag te bestuderen dat tijdens sommige ontwikkelingsprocessen evolueert, zoals veroudering, ischemie of differentiatie van stamcellen tot rijpe hartcellen.

Hoewel de bionische hartpleister nog niet bij dieren is geïmplanteerd, "We zijn geïnteresseerd in het identificeren van medewerkers die al onderzoek doen naar implantatie van hartpatches voor de behandeling van hartinfarcten in een knaagdiermodel, " zei hij. "Ik denk niet dat het moeilijk zou zijn om dit in een eenvoudiger, gemakkelijk implanteerbaar systeem."

Op de lange termijn, Lieber gelooft, de ontwikkeling van weefselsteigers op nanoschaal vertegenwoordigt een nieuw paradigma voor de integratie van biologie met elektronica op een vrijwel naadloze manier.

Met behulp van de injecteerbare elektronicatechnologie die hij vorig jaar pionierde, Lieber suggereerde zelfs dat soortgelijke hartpleisters op een dag eenvoudig via injectie zouden kunnen worden toegediend.

"Het kan eigenlijk zijn dat, in de toekomst, dit zal niet gebeuren met een chirurgische pleister, " zei hij. "We kunnen gewoon een co-injectie van cellen doen met het gaas, en het verzamelt zich in het lichaam, dus het is minder invasief."