Нановолокна из углеродных нанотрубок для восстановления электрической проводимости сердца
Исследователи из Университета Райса и Техасского института сердца изучают возможность использования мягких, гибких волокон из углеродных нанотрубок для восстановления электрической проводимости поврежденной ткани сердца.
При поддержке Американской кардиологической ассоциации эти учреждения будут тестировать способность волокон преодолевать электрические разрывы в ткани, вызванные сердечными аритмиями, которые ежегодно поражают более 4 миллионов американцев.
Сокращениями и расслаблениями сердца управляют электрические сигналы. Рубцы в сердечной ткани практически не проводят электричество. Мягкие, высокопроводящие волокна предлагают способ обойти эти разрывы.
"Они как удлинители", — сказал Мехди Разави, директор по клиническим исследованиям электрофизиологии в Техасском институте сердца и главный исследователь проекта. "Они позволяют нам подхватить заряд с одной стороны рубца и доставить его на другую. По сути, мы закорачиваем короткое замыкание".
Нановолокна, разработанные в лаборатории химика и химического инженера Маттео Паскуали в Университете Райса, примерно в четыре раза тоньше человеческого волоса. Но даже кусок материала длиной в дюйм содержит миллионы нанотрубок — микроскопических цилиндров из чистого углерода, открытых в начале 1990-х.
Хотя волокна были разработаны для замены километров кабелей в коммерческих самолетах для экономии веса, их потенциал для медицинского применения быстро стал очевиден, сказал Паскуали.
"Мы не проектировали волокно так, чтобы оно было мягким, но оно оказалось механически очень похожим на хирургическую нить", — сказал он. "И оно обладает всеми необходимыми для такого применения электрическими функциями".
Поскольку волокна мягкие, гибкие и чрезвычайно прочные, ожидается, что они будут гораздо более подходящими для биологических применений, чем металлические провода, используемые для подачи питания к устройствам вроде кардиостимуляторов. Они уже показали потенциал для помощи людям с болезнью Паркинсона, которым требуются мозговые имплантаты.
"У людей, у которых развивается сердечная недостаточность, со временем может образовываться рубцовая ткань", — сказал Марк Макколи, кардиолог-электрофизиолог из Техасского института сердца. "Есть много разных способов, которыми рубцевание может влиять на проводимость в сердце. Недавно мы больше всего интересовались развитием рубцевания после сердечных приступов, но мы считаем, что это волокно может помочь нам лечить все виды сердечных аритмий и проблем с электрической проводимостью".
"Сами металлические провода могут вызывать рубцевание ткани", — сказала Флавия Витале, научный сотрудник лаборатории Паскуали, разрабатывающая применения нановолокон. "Если подумать о введении иглы в кожу, в конце концов кожа отреагирует и полностью изолирует ее, потому что она жесткая. Вокруг иглы образуется рубец. Но эти волокна уникальны. Они меньше и гибче человеческого волоса и настолько прочны, что могут противостоять усталости от изгиба из-за постоянного биения сердца".
Витале отметила, что низкий импеданс волокон (их сопротивление току) позволяет электричеству легко перемещаться из ткани в мост и обратно, что намного лучше, чем с металлическими проводами.
Исследователи тестируют биосовместимость волокон, но надеются, что клинические испытания на людях начнутся не более чем через несколько лет.
Разави заявил, что безопасный и эффективный способ проводить электричество через рубцовую ткань сердца произведет революцию в лечении. "Если эти более масштабные исследования подтвердят наши первоначальные выводы, смена парадигмы в лечении внезапной сердечной смерти окажется в пределах досягаемости, поскольку впервые основная причина этих событий может быть устранена на постоянной основе", — сказал он.
Паскуали сказал, что он рад видеть новый способ, которым нанотехнологии, прославившие Университет Райса, могут помочь спасать жизни. "Мы с самого начала были в восторге от того, чтобы узнавать о сферах друг друга и находить применения для материала", — сказал он о своей дружбе — а теперь и сотрудничестве — с Разави. "Мы полны решимости найти способы лечить болезнь, а не управлять ею".