Игорь Ефимов, кандидат технических наук, Инженерная школа Прикладная наука в Вашингтонском университете в Сент-Луисе и международная группа инженеров-биомедиков и ученых-материаловедов создали трехмерную эластичную мембрану из мягкого, гибкого кремниевого материала, форма которого точно соответствует эпикарду сердца или внешнему слою. стены сердца. Современные технологии двумерны и не могут покрыть всю поверхность эпикарда или поддерживать надежный контакт для постоянного использования без швов или адгезивов.Затем команда может напечатать крошечные датчики на мембране, которые могут точно измерять температуру, механическое напряжение и pH, среди других маркеров, или подавать импульс электричества в случае аритмии.
Эти датчики могут помочь врачам определить здоровье сердца, провести лечение или предсказать надвигающийся сердечный приступ до того, как у пациента появятся какие-либо физические признаки.Результаты были опубликованы в Интернете в журнале Nature Communications 25 февраля 2014 года.«Каждое сердце имеет разную форму, а современные устройства универсальны и совершенно не соответствуют геометрии сердца пациента», — говорит Ефимов, специалист по медицинскому обслуживанию.
Стэнли Лопата, заслуженный профессор биомедицинской инженерии. «С помощью этого приложения мы визуализируем сердце пациента с помощью МРТ или компьютерной томографии, а затем с помощью вычислений извлекаем изображение для построения трехмерной модели, которую мы можем распечатать на трехмерном принтере. Затем мы формируем форму мембраны, которая будет составлять основание устройства развернуто на поверхности сердца ».
В конечном итоге мембрана может использоваться для лечения заболеваний желудочков в нижних камерах сердца или может быть вставлена внутрь сердца для лечения различных заболеваний, включая фибрилляцию предсердий, от которой страдают от 3 до 5 миллионов пациентов в Соединенных Штатах. .«В настоящее время медицинские устройства для лечения заболеваний сердечного ритма в основном состоят из двух электродов, вводимых через вены и размещаемых внутри камер», — говорит Ефимов. «Контакт с тканью возможен только в одной или двух точках и с очень низким разрешением. Мы хотим создать подход, который позволит вам иметь множество точек соприкосновения и решить проблему с помощью диагностики высокой четкости. и терапия высокого разрешения ".Совместно с Ефимовым группу возглавляет Джон Роджерс, доктор философии, заведующий кафедрой Сванлунда, профессор материаловедения и инженерии, а также директор лаборатории исследования материалов Ф. Зейтца в Иллинойском университете в Урбана-Шампейн.
Роджерс, который разработал технику трансферной печати, разработал датчики с использованием полупроводниковых материалов, включая кремний, арсенид галлия и нитрид галлия, а также металлы, оксиды металлов и полимеры.Недавно Google объявила, что ее ученые разработали тип контактных линз со встроенными датчиками, которые могут контролировать уровень глюкозы у пациентов с диабетом. Ефимов говорит, что мембрана, разработанная его командой, представляет собой аналогичную идею, хотя и гораздо более сложную.«Поскольку это имплантируется, это позволит врачам контролировать жизненно важные функции в различных органах и вмешиваться, когда это необходимо для проведения терапии», — говорит он. «В случае нарушений сердечного ритма его можно использовать для стимуляции сердечной мышцы или головного мозга, а при почечных заболеваниях он будет контролировать ионные концентрации кальция, калия и натрия».
Ефимов говорит, что мембрана может даже содержать датчик для измерения тропонина, белка, экспрессируемого в клетках сердца и являющегося признаком сердечного приступа. Анализ на тропонин является стандартом лечения пациентов с подозрением на сердечный приступ из-за теста, разработанного Джеком Ладенсоном, доктором философии, профессором Клинической химии в патологии и иммунологии и профессором клинической химии в медицине Ори М. Кэрролл и Лилиан Б. Ладенсон.
Медицинский факультет.По словам Ефимова, в конечном итоге такие устройства будут совмещены с вспомогательными устройствами для желудочков. «Это только начало», — говорит он. «Предыдущие устройства показали огромные перспективы и спасли миллионы жизней.
Теперь мы можем сделать следующий шаг и решить некоторые проблемы с аритмией, которые мы не знаем, как лечить».