Ранее команда модернизировала VAD, чтобы удалить эти очаги турбулентности, что снизило активацию и свертывание тромбоцитов более чем на 90%. В текущем исследовании, чтобы еще больше снизить риск, команда исследовала роль жесткости тромбоцитов в активации свертывания с целью разработки методов лечения, которые увеличили бы пластичность тромбоцитов и еще больше снизили бы активацию тромбоцитов и свертывание крови.Сердечная недостаточность возникает, когда сердце не может перекачивать достаточно крови и кислорода для поддержки органов тела. По данным Американской кардиологической ассоциации, около 5,1 миллиона человек в США страдают сердечной недостаточностью.
По оценкам, в США от 75 000 до 150 000 пациентов с сердечной недостаточностью в терминальной стадии, где VAD используются в качестве моста в ожидании трансплантации сердца. В последнее время VAD представляют собой альтернативу трансплантации, обеспечивая почти нормальное качество жизни1.
Палец о двух концах активации тромбоцитовНесмотря на то, что они являются технологией, спасающей жизнь, VAD сравнивают с реактивными двигателями — кровь приводится в движение ротором со скоростью до 12 000 об / мин.
Высокая скорость создает напряжение сдвига — силу, давящую на стенку устройства, когда кровь устремляется мимо него. Тромбоциты, нормальной функцией которых является образование сгустков для восстановления сосудистых повреждений, могут активироваться под действием напряжения сдвига в VAD. Такая активация может привести к нежелательному свертыванию крови, артериальной блокаде и инсульту.В предыдущей работе подход к изменению конструкции VAD для уменьшения нежелательного свертывания крови был огромным улучшением.
Однако модернизированные современные VAD продолжают нести примерно 1-10% риск инициирования опасных событий свертывания крови. Как говорит Марвин Дж. Слепян, доктор медицины, профессор медицины и биомедицинской инженерии, Университет Аризоны, Тусон, старший член исследовательской группы: «По мере того, как мы достигаем физических ограничений оптимизации дизайна VAD, мы переходим к изучению биомеханические свойства активации тромбоцитов для дальнейшего снижения опасного свертывания.
Мы переходим от инженерной области, где мы изменили устройство, к биологической, где мы пытаемся изменить тромбоциты, чтобы они стали более гибкими и, следовательно, менее реактивными по мере их прохождения. ВАД ".
Разработка тонкой техники измеренияТекущая работа определила внутриклеточные элементы, которые регулируют жесткость тромбоцитов, включая актиновые филаменты и микротрубочки.
Цель состоит в том, чтобы проверить то, что Слепиан считал «механокевтиками», которые могут воздействовать на эти клеточные компоненты, уменьшая жесткость и повышая гибкость. Однако определение того, какие агенты делают тромбоциты механически более пластичными, зависит от разработки метода измерения жесткости тромбоцитов.Существует ряд стандартных способов измерения жесткости различных типов ячеек. К сожалению, они почти исключительно полагаются на прикрепление клетки к субстрату и ее вытягивание, чтобы увидеть, насколько она растягивается.
Если бы это было сделано с тромбоцитом, он бы мгновенно фрагментировался и активировался. Следовательно, необходимо было разработать метод, который использовал минимальное взаимодействие для получения точных измерений без активации тромбоцитов.Чтобы достичь этого хрупкого баланса, исследователи объединили две техники.
Диэлектрофорез (DEP) — это метод, при котором электрическое поле мягко перемещает тромбоциты в положение на электромеханическом измерительном чипе. При втором методе, называемом электродеформацией (EDF), тромбоциты мягко растягиваются колеблющимися (переменными) электрическими полями, которые деформируют тромбоцит и обеспечивают меру его жесткости, не вызывая активации. С помощью этой комбинации исследователи получили надежные измерения жесткости тромбоцитов; теперь этот метод можно использовать для тестирования соединений, которые делают тромбоциты более пластичными и менее реактивными по отношению к силам сдвига в VAD.Группа рассматривает разработку и тестирование этого измерительного инструмента как первую часть их переориентации на изменение физической чувствительности клеток с помощью механокцевтиков.
Кроме того, на основе предварительной работы исследователи полагают, что электромеханический измерительный чип имеет потенциал в качестве диагностического и исследовательского инструмента. Возможные будущие приложения включают изучение взаимосвязи прогрессирования заболевания с увеличением жесткости клеток, обнаруживаемых в тканях во время старения.
Другой областью, представляющей интерес, является рак, поскольку опухолевые клетки могут стать менее жесткими и более гибкими, что может быть критическим шагом, позволяющим опухолевым клеткам метастазировать в другие ткани.Работа была опубликована в июльском выпуске Annals of Biomedical Engineering.