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第一颗生物机械混合心脏诞生!麻省总医院和MIT合作创造

头部科技

作者|情感充沛的  来源|头部科技(ID:Toubukeji)

第一颗生物机械混合心脏在麻省总医院诞生

不久前,麻省总医院和麻省理工学院的研究人员合作创造出第一个“跳动”的生物机械混合心脏。人造心脏的出现,为心脏移植治疗心力衰竭等心脏疾病打开了一扇经济且可行的大门。

事实证明,心脏利用扭曲和挤压运动将血液泵入身体。这是一组复杂的运动,由覆盖心室的一层心肌提供动力。 

麻省理工学院(MIT)、麻省总医院和合作机构的研究人员最近利用这一发现创造了一种新的生物机械混合心脏——用一层柔软的、机械的、可远程充气的气泡代替肌肉组织的猪心脏。 

这个机械气泡矩阵是由MIT的研究人员设计的,但是它在心脏上的位置(去除了原来的肌肉组织)是Christopher·Nguyen的实验室提供的心脏成像数据确定的。 

Nguyen博士是MIT心血管研究中心心血管生物工程和成像实验室的首席研究员,哈佛医学院医学助理教授。 

仿生生物机械心脏的突破性设计将有助于加速为心脏病患者开发新的人工瓣膜和心脏装置。 

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“心脏设备的最大问题是用一个尺寸适应所有患者,但这并不是总有效”——Christopher·Nguyen

将结构转换为功能

该项目起源于麻省理工学院生物医学成像教授Ellen·Roche的实验室,该实验室的研究重点是确定心脏设备设计的新方法。 

Roche和研究生Clara·Park首先尝试通过研究心脏的3D解剖结构来复制这种跳动动作。当证明不成功时,Roche联系了Christopher·Nguyen,Nguyen以能够绘制心脏组织的详细图像而闻名。 

Nguyen和他的团队随后使用了一种称为扩散张量成像的技术,可以建立围绕心脏左心室的肌肉纤维的3D和2D映射。 

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用扩散张量成像法绘制的心脏肌纤维图 

之后,Roche的团队将机械气泡矩阵进行调整以模拟他们观察到的肌肉纤维的方向。 

Nguyen解释说:“在工程学中,结构决定功能是公认的。“我们的想法是,如果我们以适当的方式在结构上构建它,我们应该能够复制相同的功能。” 

结果如何?一种可以让研究人员在受控的实验室环境中复制心率、收缩和血流的泵送式生物机械心脏诞生了。 

心脏模型可以加速心脏瓣膜和心脏装置的发展,在进入人体临床试验之前,必须在完全人工心脏模型和动物身上进行广泛的试验。 

该团队包括波士顿儿童医院、哈佛医学院、都柏林皇家外科学院和新加坡南洋理工大学的合作者,去年在《Science Robotics》杂志上发表了他们的研究成果。 

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这张核磁共振图像显示了生物机械心脏的结构 

定制设备和替换心脏会是未来的趋势吗?

Nguyen说,研究小组的长期目标是利用扫描数据,以这种生物机械的混合形式复制患者特定的心脏结构、大小和功能。然后,他们可以使用实验室模型定制适合个人心脏的心脏设备。 

他解释说:“心脏设备的最大问题是用一个尺寸适应所有患者,但这并不是总有效” 。

随着组织工程的进一步发展,Nguyen认为有朝一日可能会用这种杂交心脏作为心力衰竭患者的“替代”心脏。 

在这个未来的场景中,病人的心脏将被手术切除,并用机械气泡矩阵重新安装,然后放回患者体内,所有这些操作只要一次手术就可以实现。 

他说:“我可以看到这在未来会产生更大的影响,因为全世界有数以百万计的心力衰竭患者。” 

“目前的治疗方法只能改善症状,并可能帮助你活得更长。然而,许多心力衰竭的病例无法逆转,这些患者需要一颗新心脏,这只是时间问题。”

关于美国麻省总医院

麻省总医院成立于1811年,是哈佛医学院最初设立且规模最大的教学医院。我们拥有全美最大的以医院为基础的研究项目,同时也是美国国立卫生研究院研究资金最大的接受者,我们的研究项目横跨医院的20多个临床部门和中心。

麻省总医院可以为几乎每一个专科和次专科、内科和外科领域提供精准的诊断和治疗。我们的六个多学科护理中心以癌症、消化系统疾病、心脏病、神经内科、血管医学和创伤中心的创新而闻名世界。另外麻省儿童总医院提供全面的小儿保健服务,从初级护理到运用尖端疗法诊治复杂和罕见的疾病。

麻省总医院连续多年被《美国新闻与世界报道》评为美国最顶级医院之一,也是唯一一家在所有16项专科排名中均获得名次的医院。在接受评估的近5000家医院中,麻省总医院自1990年评选举办开始便一直占据荣誉榜顶级医院之列。

参考:

原文链接:https://mgriblog.org/2021/01/12/researchers-create-biorobotic-beating-heart/

《Science Robotics》文章摘要链接:https://robotics.sciencemag.org/content/5/38/eaay9106

编者按:本文转载自微信公众号:头部科技(ID:Toubukeji)


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