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微创下一代心脏技术：用人工肌肉制备新型心脏
作者:网站采编关键词:
摘要：心力衰竭是一种毁灭性的疾病，影响着全球超过 2300 万人。 可以通过心脏移植治疗。当前的心脏技术要求心脏直接连接到泵上，这意味着必须进行侵入性心脏手术。此外，传统泵使用包
心力衰竭是一种毁灭性的疾病，影响着全球超过 2300 万人。
可以通过心脏移植治疗。当前的心脏技术要求心脏直接连接到泵上，这意味着必须进行侵入性心脏手术。此外，传统泵使用包括螺旋桨在内的刚性机械系统来移动血液，但这会破坏红细胞。因此，科学家们不断探索替代性和可持续的心脏移植疗法。
为此，洛桑联邦理工学院 (EPFL) 的工程师开发了一种新型心脏辅助装置，无需刚性金属部件。它由包裹在主动脉周围的柔软的人造肌肉组成，可以收缩和扩张血管，最终增强主动脉的自然功能，帮助心脏将血液泵送到身体的其他部位。
该结果于今年 1 月发表在 Advanced Science 上，标题为“Feasibility of a Dielectric Elastomer Augmented Aorta”（“Feasibility of a Dielectric Elastomer Augmented Aorta”）。
“将新型心脏装置成功植入活猪体内，意味着我们实现了世界上第一个概念验证。”该团队集成执行器实验室德（Yves Perriard）的客座教授伊夫·佩里亚（Yves Perriad）解释道。
图丨用于心脏辅助装置的介电弹性体增强主动脉（DEAA）工作原理（来源：Advanced Science）
据报道，介电弹性体主动脉用于增强主动脉在人体循环系统中的生理作用。这种新型心脏辅助装置是管状介电弹性体致动器 (DEA)，它通过减少主动脉在收缩期间的变形和在舒张期间增加其反冲力来辅助心脏。
研究人员使用脉动流动回路的体外实验来复制人体生理流动和压力条件。经过测试，他们发现使用该设备可以将心脏能量降低 5.5%（每个周期 47mJ）。
图片丨相关论文（来源：Advanced Science）
最近，Periya EPFL德国领导的团队与伯尔尼大学团队合作，成功将他们的第一块人造管状肌肉植入猪体内。在 4 小时的手术中，心脏辅助装置维持了 24,000 次心跳，其中 1,500 次是由增强主动脉人工激活的。
可保存红细胞的新一代微创心脏技术
一般来说，辅助心脏的技术方案可分为心室辅助装置（VAD）和主动脉辅助装置两大类逆转冲程设备。一方面，目前的 VAD 是基于旋转泵（轴流泵和离心泵），其特点是单个旋转元件产生恒定流量。另一方面，主动脉反搏的基本原理可以增加冠状动脉血流量（舒张期）并减轻左心室的负担（收缩期）。
图丨DEAA制造结果，8层100μm？厚管状DEA（来源：Advanced Science）
EPFL 工程师开发的新型心脏装置不会直接作用于心脏，而是作用于主动脉。该概念涉及在主动脉瓣附近的主动脉周围放置一个介电弹性体致动器，主动脉瓣是一种将电能转化为机械功的聚合物。通过向设备施加电压，执行器可以人为地收缩和扩张主动脉，就像模仿主动脉自然功能的管状肌肉一样。
“我们的人工主动脉模仿血管收缩和扩张的功能，使血液通过循环系统。不同的是，主动脉的自然运动是由于血压而被动的，而我们的装置是由“一个外部电压。在我们人工主动脉的帮助下，当循环相同体积的血液时，心脏消耗的能量更少。” EPFL综合执行器实验室研究员解释。
图丨4层200μm介电弹性体增强主动脉（DEAA） - 管状 DEA 的设置准静态测量（来源：Advanced Science）
他继续说道，“我们的 DEA 不是一个独立的泵。心脏通过提供动脉压力来维持 DEA 的功能。作为回报， DEA 帮助心脏使其更有效地泵血。”
对此，Periyad 补充道：“我们的设备是微创的，因为我们不直接接触心脏。原则上，与传统方法相反，由于缺乏刚性金属成分，它还可以保存红细胞。”
技术仍有待进一步改进，将用于医疗应用
研究人员表示，所以到目前为止，还没有关于将这些执行器植入人类或动物体内作为尝试支持血液动力学或部分最终替代肌肉功能。因此，他们的目标是从治疗心力衰竭的辅助设备开始，并将这项技术用于医疗应用。
Periad 和他的团队对新心脏测试的成功感到高兴，但同时，他们也看到一些技术需要改进。例如，放置在主动脉上的当前版本的 DEA 可能没有金属组件，但它仍然包含用于将设备连接到主动脉的刚性塑料组件。
此外，放置DEA的理想位置是在主动脉周围，但这还没有实现。该团队的工程师指出，他们必须找到一种不涉及切割主动脉来植入设备的解决方案。 “也许解决方案是找到一种方法让主动脉粘在我们的设备上，”Periyad 解释说。
文章来源：《设备监理》 网址: http://www.sbjlzz.cn/zonghexinwen/2021/0722/1466.html