Американские исследователи из университета Брауна совместно с китайскими коллегами из университетов Сучжоу и Фуданя разработали новый тип адгезивной заплатки, которую можно размещать непосредственно на ткань сердца для предотвращения перерастяжения сердечной мускулатуры, часто происходящего после инфаркта миокарда.
По словам профессора Гао Хуацзяня (Huajian Gao) из университета Брауна, одна из причин, по которой сердцу очень сложно восстановиться после инфаркта, заключается в том, что оно продолжает перекачивать кровь. В основу исследования легла идея, что обеспечение поврежденной сердечной ткани механической поддержкой может дать ей шанс на восстановление.
Более ранние исследования показали, что механические «заплатки» могут быть эффективны в данной ситуации, однако никто из исследователей не выяснял, какими оптимальными механическими свойствами должна обладать такая заплатка. Поэтому толщина и плотность потенциальных заплаток до сих пор варьировали в широких пределах.
Сердца с оптимизированной с помощью компьютерной симуляции заплаткой (вторая колонка слева) меньше подвергались ремоделированию (изменению формы), чем сердца без заплатки (крайняя левая колонка) и сердца с заплатками, обладающими субоптимальными свойствами (правые колонки).
По словам авторов, слишком твердый или малоэластичный материал может ограничивать движения сердца так, что оно не сможет увеличиваться до нужного объема. В то же время слишком мягкий материал не обеспечит достаточной поддержки. Для разработки принципов определения «правильности» материала авторы создали компьютерную модель сокращающегося сердца, воспроизводящую механическую динамику как самого сердца, так и заплатки, прикрепленной к его внешней поверхности. Помимо этого модель состояла из двух частей, одна из которых воспроизводила нормальную функцию сердца – расширение и сокращение. К ней применяли симуляцию заплатки и наблюдали, каким образом она влияет на функции сердца. Вторая часть представляла собой модель ремоделирования сердца после инфаркта миокарда. Она позволила исследователям определить, в какой именно механической поддержке нуждается сердце для предотвращения этого процесса.
На основании полученных с помощью модели данных авторы разработали гидрогелевый материал на основе пищевого крахмала. Ключевым свойством полученного гидрогеля является вязкоэластичность. Это означает, что он одновременно обладает свойствами жидкости и твердого материала, то есть до определенного уровня нагрузки он сохраняет определенный уровень «жидкости», после чего уплотняется. Это делает материал идеальным как для приспособления к движениям сердца, так и для обеспечения достаточной поддержки.
Помимо этого материал очень дешев (по словам исследователей, закладка стоит меньше пенни) и прост в изготовлении, а эксперименты продемонстрировали отсутствие у него токсичности. А результаты исследований на крысах подтвердили его эффективность в снижении выраженности постинфарктных повреждений.
Авторы поясняют, что заплатка обеспечивала ткани сердца практически оптимальную механическую поддержку после массивной гибели кардиомиоцитов. Это проявлялось лучшим сохранением сердечного выброса, что снижало нагрузку на сохранившиеся кардиомиоциты и эффективно предотвращало ремоделирование левого желудочка – обычно происходящее после инфаркта миокарда растяжение сердечной мышцы, способное значительно ухудшить функцию главного насосного отдела сердца.
Анализ биохимических маркеров также показал, что применение закладки снижало клеточную гибель, а также подавляло формирование рубцовой ткани и окислительный стресс в зоне повреждения.
Помимо этого исследователи продемонстрировали, что результаты, обеспечиваемые оптимизированной с помощью компьютерной симуляции заплаткой, превосходят результаты применения более ранних заплаток, механические свойства которых подбирались наугад.
Авторы отмечают, что необходимо дальнейшее тестирование подхода, однако первичные результаты подают большие надежды на то, что рано или поздно новая технология пройдет стадию клинических исследований и займет свое место в медицинской практике.
Статья Xiao Lin et al. A viscoelastic adhesive epicardial patch for treating myocardial infarctionопубликована в журнале Nature Biomedical Engineering.
Евгения Рябцева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Brown University: Heart patch could limit muscle damage in heart attack aftermath.
