ساخت دریچه قلب مصنوعی در کمتر از ۱۰ دقیقه

محققان دانشگاه هاروارد یک دریچه قلب مصنوعی ساخته اند که می تواند در کمتر از 10 دقیقه با استفاده از چاپ سه بعدی تولید شود.

به گزارش تکناک، آنها نمونه اولیه را روی گوسفند آزمایش کردند که با موفقیت جریان خون را به مدت یک ساعت تنظیم کرد.

هنگامی که دریچه های قلب به دلیل بیماری آسیب می بینند یا به درستی کار نمی کنند، جریان خون در بدن مختل می شود. این می تواند منجر به مشکلاتی مانند سکته مغزی، آریتمی و نارسایی قلبی شود.

بنابراین پزشکان دریچه های آسیب دیده قلب را با دریچه های مصنوعی جایگزین می کنند. سالانه بیش از 100،000 نفر در ایالات متحده تحت عمل جراحی دریچه قلب قرار می گیرند.

چنین عملیاتی پرهزینه است. در حال حاضر، دریچه های مصنوعی ماه ها طول می کشد تا تولید شوند. محققان ادعا می کنند که روش چاپ سه بعدی آنها پتانسیل غلبه بر هر دوی این چالش ها را دارد.

دریچه مصنوعی پیشنهادی شامل شبکه‌ای از نانوالیاف ها است که مانند ماتریکس خارج سلولی از رشد دریچه‌های قلب طبیعی در بدن ما پشتیبانی می‌کند.

ساخت این نانوالیاف با استفاده از چرخش جت دوار متمرکز (FRJS)، که یک فناوری ساخت افزودنی است و امکان ایجاد سریع تار و پود های میکرو یا نانوالیاف را با ترازهای قابل تنظیم به صورت سه بعدی فراهم می‌کند، به دست می‌آید.

محققان ابتدا یک قاب به شکل دریچه قلب ایجاد کردند و سپس از جت های هوا برای فشار دادن یک پلیمر مایع به داخل قاب استفاده کردند. این منجر به توسعه شبکه نانوالیافی بی عیب و نقص شد. دریچه به دست آمده دارای تار و پود های متخلخلی است که سلول ها می توانند بیایند و رشد کنند.

کیت پارکر، نویسنده ارشد این مطالعه و استاد مهندسی زیستی در هاروارد، توضیح داد: سلول‌ها در مقیاس نانومتری عمل می‌کنند و چاپ سه بعدی نمی‌تواند به آن سطح برسد، اما چرخش جت دوار متمرکز می‌تواند نشانه‌های فضایی در مقیاس نانومتری را در آنجا قرار دهد به طوری که وقتی سلول‌ها در آن تار و پود می‌خزند، احساس می‌کنند که در یک دریچه قلب هستند نه در یک شبکه مصنوعی.

محققان ادعا می‌کنند که برخلاف فناوری‌های فعلی موجود، که ممکن است هفته‌ها یا ماه‌ها طول بکشد تا تولید شوند، می‌توانند با استفاده از روش فوق، یک دریچه مصنوعی کامل را در کمتر از 10 دقیقه تکمیل کنند.

علاوه بر این، چنین دریچه هایی می تواند برای کودکانی که از بیماری دریچه قلب رنج می برند و در مراحل مختلف زندگی خود نیاز به جراحی های مکرر دارند، مفید باشد.

متأسفانه، دریچه‌های قلب فعلی در کنار کودک رشد نمی‌کند. دریچه‌های ما با استفاده از الیاف پلیمری زیست تخریب‌پذیر تولید می‌شوند که به سلول‌های بیمار اجازه می‌دهد تا به شبکه کاشته‌شده بچسبند و آن را  بازسازی کنند. محققان خاطرنشان می کنند که در نهایت یک دریچه بومی ساخته می شود که می تواند رشد کند و در طول زندگی با کودک زندگی کند.

تست دریچه قلب برای استحکام و کشش

دریچه های مصنوعی قلب به دلیل دوام مادام العمر و توانایی آنها برای عبور از میلیاردها چرخه ضربان قلب شناخته شده است. محققان مجموعه‌ای از مطالعاتی را انجام دادند تا آزمایش کنند که آیا دریچه مبتنی بر FRJS می‌تواند با راه‌حل‌های موجود کار کند یا خیر.

آنها ابتدا دریچه را با دستگاه تکثیر کننده پالس (شبیه ساز ضربان قلب) آزمایش کردند. دریچه با موفقیت چندین بار در طول آزمایش باز و بسته شد، تغییر کرد و شکل خود را حفظ نمود.

سپس سلول‌های قلب را روی دریچه کشت دادند تا ببینند آیا مواد شبکه برای تقویت رشد سلول ایمن است یا خیر؟ سارا موتا، نویسنده اول این مطالعه از دانشگاه زوریخ، گفت: دریچه‌ها مستقیماً با خون تماس دارند، بنابراین باید بررسی کنیم که این ماده باعث ایجاد ترومبوز یا انسداد عروق خونی نشود.

پس از آزمایش دریچه‌ها برای خاصیت ارتجاعی، استحکام و ایمنی، محققان می‌خواستند بررسی کنند که آیا نمونه اولیه دریچه در یک پستاندار کار می‌کند یا خیر.

این مطالعه پیشنهاد میکند که قلب گوسفند شبیه قلب انسان است و دریچه‌های آن‌ها به دلیل متابولیسم تهاجمی کلسیم بدنشان دائماً تحت فشار هستند، بنابراین نویسندگان تصمیم گرفتند مدل‌های گوسفند را انتخاب کنند.

آنها با موفقیت دو دریچه را در دو گوسفند کاشته و سپس از سونوگرافی برای تشخیص آنها استفاده کردند. هر دو دریچه بلافاصله پس از عمل شروع به کار کردند.

در عرض یک ساعت، دریچه مصنوعی در گوسفند دوم شاهد رشد سلولی بود. ایمپلنت به طور موثر جریان خون را کنترل کرد و باعث ترومبوز یا سایر عوارض جانبی نشد.

با این حال، دریچه در اولین گوسفند پس از چند دقیقه از کار افتاد. به گفته محققان، اندازه نادرست بود. بنابراین، در قلب حیوان جا نمی شد.

محققان با هیجان از موفقیت نمونه اولیه دریچه خود، قصد دارند آزمایشات بیشتری را با استفاده از مدل های حیوانی مختلف انجام دهند. آن‌ها همچنین می‌خواهند نحوه عملکرد ایمپلنت خود را در مدت زمان طولانی آزمایش کنند.

زمان زیادی طول می کشد تا این فناوری برای انسان ها در دسترس قرار گیرد، اما زمانی که چنین شود، ممکن است روش تعویض دریچه قلب را تغییر دهد.