Oamenii de ştiinţă au dezvoltat un şunt sanguin cu un diametru interior care se extinde atunci când este expus la un cateter care emite lumină albastră, limitând astfel necesitatea intervenţiilor chirurgicale cu risc ridicat pe cord pentru înlocuirea şuntului la copiii în creştere.
Copiii născuţi cu defecte care afectează camerele inferioare ale inimii sunt supuşi unor serii de intervenţii chirurgicale invazive la începutul vieţii.
Prima intervenţie chirurgicală include implantarea unui tub de plastic numit şunt pentru a îmbunătăţi fluxul sanguin.
Cu toate acestea, pe măsură ce copiii cresc, şuntul este adesea înlocuit pentru a se adapta la organismul aflat în schimbare. Acum, cercetătorii au proiectat un şunt care se extinde atunci când este activat de lumină. Dispozitivul ar putea reduce numărul de astfel de operaţii chirurgicale pe care le fac aceşti copii.
Cercetătorii îşi vor prezenta rezultatele la reuniunea Societăţii Americane de Chimie (ACS).
„După ce chirurgul pune primul tub, aceşti copii trebuie să treacă adesea prin alte două sau trei, poate chiar patru, intervenţii chirurgicale, doar pentru a implanta un tub puţin mai mare”, spune Christopher Rodell, profesor asistent de inginerie biomedicală la Universitatea americană Drexel, care va prezenta cercetarea.
„Scopul nostru este să extindem interiorul tubului cu ajutorul unui cateter care emite lumină pe care îl introducem în interiorul şuntului, eliminând complet nevoia de intervenţii chirurgicale suplimentare”, spune cercetătorul.
Aceste defecte cardiace congenitale afectează camerele inferioare ale organului, cunoscute sub numele de ventricule, rezultând în restricţionarea fluxului sanguin către plămâni şi alte părţi ale corpului.
Fără intervenţie chirurgicală, copiii cu aceste afecţiuni nu pot supravieţui.
Adesea născuţi profund subdimensionaţi, aceşti copii pot creşte rapid după prima operaţie de implantare a şuntului. Pentru a ţine adapta şuntul la creşterea corpului, chirurgii efectuează adesea încă o intervenţie chirurgicală. De fiecare dată când această procedură este efectuată, ea creează un risc pentru copil.
Într-un studiu realizat pe 360 de pacienţi care au fost supuşi procedurii iniţiale de reconstrucţie a inimii, 41 au avut nevoie de intervenţii chirurgicale suplimentare pentru a implanta un şunt mai mare, iar şapte au murit din această cauză.
Anterior, cercetătorii au construit un prototip extensibil pentru a înlocui cel mai frecvent tip de şunt utilizat. Ei au făcut acest lucru prin acoperirea interiorului tubului cu un hidrogel care conţine o reţea de polimeri înconjuraţi de apă, legaţi între ei prin legături numite reticulări.
Formarea de noi legături încrucişate forţează apa să iasă din hidrogel şi trage polimerii împreună, contractând hidrogelul şi lărgind interiorul şuntului. În proiectul iniţial, noile reticulări s-au format automat, fără un declanşator extern.
Credit: Societatea Americană de Chimie
Acum, cercetătorul s-a alăturat eforturilor de reproiectare a şuntului astfel încât materialele să fie sigure pentru utilizarea clinică şi să poată fi ajustate pentru a răspunde nevoilor fiecărui copil.
El a realizat acest lucru prin dezvoltarea de noi polimeri pentru un hidrogel care să formeze noi legături şi să mărească diametrul interior al şuntului ca răspuns la un declanşator. Pentru a iniţia reticularea la cerere, Rodell a decis să utilizeze lumina albastră, deoarece această lungime de undă poartă suficientă energie pentru a iniţia reacţia, dar este sigură pentru ţesuturile vii.
„Lumina a fost întotdeauna unul dintre declanşatoarele mele preferate, deoarece putem controla când şi unde o aplicăm”, spune cercetătorul.
Pentru noul dispozitiv, echipa a folosit cateter cu fibră optică, în esenţă un tub lung şi subţire cu un vârf care emite lumină. Pentru a activa hidrogelul sensibil la lumină din interiorul şuntului, este nevoie ca chirurgii să introducă cateterul într-o arteră din apropierea axilei, apoi să-l manevreze în poziţie, eliminând necesitatea de a deschide pieptul copilului.
În cadrul experimentelor de laborator, cercetătorii au constatat că pot extinde şunturile în mod incremental, iar gradul de extindere variază în funcţie de durata expunerii la lumină - rezultate care indică faptul că, odată implantat, ajustările şuntului ar putea fi personalizate pentru fiecare copil.
Cercetătorii au descoperit că pot dilata şuntul cu până la 40%, mărindu-i diametrul de la 3,5 milimetri la 5 milimetri - aproape dimensiunea celui mai mare şunt implantat la copii.
De asemenea, cercetătorii au evaluat modul în care celulele şi vasele de sânge ar putea reacţiona la şunturile modificate. Ei nu au găsit nicio dovadă că tubul implantat a cauzat formarea de cheaguri de sânge, un răspuns inflamator sau alte reacţii care ar putea reprezenta potenţiale probleme de sănătate.
În continuare, echipa intenţionează să testeze prototipuri de şunt de lungime completă într-o configuraţie artificială care imită sistemul circulator uman.
Dacă aceste experimente sunt încununate de succes, cercetătorii intenţionează să treacă la experimente pe modele animale.
Potrivit specialiştilor, tehnologie ar putea fi utilă dincolo de afecţiunile cardiace cu un singur ventricul. Chirurgii ar putea, de exemplu, să utilizeze tuburi similare pentru a înlocui vasele de sânge la copiii răniţi într-un accident de maşină.
„În aceste proceduri, medicii se confruntă cu aceeaşi problemă: copiii nu sunt doar adulţi mici; ei continuă să crească”, spune Rodell. „Acesta este un lucru de care trebuie să ţinem cont la fabricarea biomaterialelor, cum se va comporta acea grefă în timp”.
ACS Fall 2024 este o reuniune hibridă care se desfăşoară virtual şi în persoană în perioada 18-22 august şi aproximativ 10.000 de prezentări pe o gamă largă de subiecte ştiinţifice.
