Инженеры МИТ создали бионическое сердце из искусственных мышцы — Роботех

Инженеры МИТ создали бионическое сердце из искусственных мышцы

Инженеры из MIT и других стран разработали бионическое «сердце», которое предлагает более реалистичную модель для испытания искусственных клапанов и других сердечных устройств.

Устройство представляет собой настоящее биологическое сердце, жесткая мышечная ткань которого заменена мягкой роботизированной матрицей из искусственных мышц сердца, напоминающей пузырчатую пленку. Ориентация искусственных мышц имитирует структуру естественных мышечных волокон сердца таким образом, что когда исследователи удаленно раздувают пузырьки, они действуют вместе, чтобы сдавливать и изгибать внутреннее сердце, подобно тому, как бьется настоящее целое сердце и качается кровь.

С этим новым дизайном, который они называют «биороботическим гибридным сердцем», исследователи предполагают, что дизайнеры и инженеры устройств смогут быстрее выполнять итерацию и точную настройку конструкций, проводя испытания на биогибридном сердце, что значительно сокращает затраты на разработку кардиологических устройств.

«Нормативные испытания сердечных устройств требуют многих испытаний, в том числе и на животных. Новое устройство может реально представлять то, что происходит на самом деле, чтобы уменьшить количество испытаний на животных или ускорить разработку», — говорит Эллен Роше, доцент кафедры машиностроения в MIT. 

Роше и ее коллеги опубликовали свои результаты сегодня в журнале Science Robotics. 

В сотрудничестве с со-ведущим автором Крисом Нгуеном из MGH исследователи использовали диффузионную тензорную визуализацию, продвинутую технику, которая обычно отслеживает, как вода течет через белое вещество в мозге, для картирования ориентации микроскопических волокон в развернутом двумерном пространстве левого желудочка. Затем они изготовили матрицу из искусственных мышечных волокон. Она состоит из двух слоев силикона с водорастворимым слоем между ними для предотвращения прилипания слоев, а также двух слоев бумаги, вырезанной лазером, которая обеспечивает раздувание пузырьков в определенной ориентации.

Исследователи также разработали новый тип биоадгезива, чтобы приклеить пузырчатую пленку к реальной внутрисердечной ткани желудочка. Несмотря на то, что существуют адгезивы для склеивания биологических тканей друг с другом и для таких материалов, как силикон, друг с другом, команда поняла, что немногие мягкие адгезивы выполняют адекватную работу по склеиванию биологических тканей с синтетическими материалами, в частности с силиконом.

Поэтому Роше сотрудничал с Чжао, доцентом машиностроения в Массачусетском технологическом институте, который специализируется на разработке клея на основе гидрогеля. Новый адгезив, названный TissueSil, был изготовлен путем функционализации силикона в процессе химической сшивки для связывания с компонентами в ткани сердца. В результате получилась вязкая жидкость, которая отлично подходит для склеивания мягких роботизированных матриц. 

Наконец, исследователи поместили все гибридное сердце в форму, которую они ранее отливали из исходного, целого сердца, и наполнили форму силиконом, чтобы заключить гибридное сердце в однородное покрытие — шаг, который дал форму, похожую на настоящее сердце.

Когда исследователи закачивали воздух в пузырчатую оболочку на частотах, напоминающих бьющееся сердце, и представляли реакцию бионического сердца, оно сокращалось таким же образом, как настоящее сердце движется, чтобы перекачивать кровь через тело.

В конечном счете, исследователи надеются использовать бионическое сердце в качестве реалистичной среды, чтобы помочь дизайнерам протестировать сердечные устройства, такие как протезы клапанов сердца.

«Представьте, что у пациента до имплантации сердечного устройства может быть отсканировано сердце, и тогда врачи смогут настроить устройство так, чтобы оно оптимально функционировало у пациента задолго до операции. Кроме того, с дальнейшей тканевой инженерией мы могли бы потенциально использовать биороботическое гибридное сердце в качестве искусственного сердца», — говорит Нгуен. 

Add a Comment

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *