Имплантат, устанавливаемый без швов, использует проводящие гидрогели для поддержания тесного контакта с артериями, что открывает потенциальные возможности для нового лечения гипертонии.
Инженеры из Университета штата Пенсильвания создали мягкий электронный имплантат, который обхватывает крупную артерию и снижает кровяное давление с помощью мягкой электрической стимуляции, предлагая возможную альтернативу для пациентов, которые не реагируют на медикаментозное лечение.
Устройство под названием CaroFlex сочетает в себе растяжимую электронику, напечатанную на 3D-принтере, с гелеобразным клеем, который прикрепляется непосредственно к живой ткани без швов. В исследованиях на животных система снизила уровень артериального давления, избежав при этом большей части раздражения и повреждения тканей, связанных с традиционными имплантатами.
Исследователи заявили, что эта технология в конечном итоге может способствовать разработке новых методов лечения резистентной к лекарствам гипертонии — заболевания, из-за которого многие американцы зависят от множества лекарств с ограниченным эффектом.
Мягкие материалы, более надежная посадка
В большинстве имплантируемых биоэлектронных устройств используются жесткие металлы и пластмассы, которым трудно естественным образом двигаться вместе с кровеносными сосудами. Артерии постоянно расширяются и сужаются во время кровообращения, создавая нагрузку на жесткие устройства, прикрепленные к их поверхности.
Такое движение со временем может ослабить связь имплантата и повредить окружающие ткани.
Команда из Университета штата Пенсильвания подошла к проблеме иначе. Вместо твердых материалов исследователи создали CaroFlex из проводящих гидрогелей — мягких материалов, которые очень точно имитируют гибкость биологических тканей.
В имплантате также используется адгезивный гидрогелевый слой, который позволяет ему напрямую прикрепляться к стенке артерии без хирургического наложения швов.
«Обычно эти устройства удерживаются на месте с помощью швов», — сказал Тао Чжоу, доцент кафедры инженерных наук и механики в Университете штата Пенсильвания. «Со временем эти швы могут повредить ткани, с которыми они соединены».
Электрическая система управления
CaroFlex воздействует на барорефлекс организма — встроенную систему, регулирующую кровяное давление посредством нервных сигналов. Имплантат располагается рядом с каротидным синусом — участком сонной артерии, содержащим чувствительные к давлению нервные окончания.
Эти рецепторы постоянно отслеживают изменения кровотока и посылают сигналы в мозг, который затем регулирует частоту сердечных сокращений и напряжение кровеносных сосудов. Подавая низкочастотные электрические импульсы, имплантат стимулирует эти рецепторы и влияет на реакцию организма на повышение артериального давления.
«Для многих пациентов даже комбинация из трех-пяти лекарств не облегчает высокое кровяное давление», — сказал Чжоу. Он добавил, что биоэлектронная терапия может стать еще одним вариантом для пациентов, у которых гипертония остается неконтролируемой, несмотря на стандартное лечение.
Проверка имплантата
Перед проведением испытаний на животных исследователи оценили прочность и электрические характеристики имплантата в лабораторных условиях. Гидрогелевая структура растянулась более чем в два раза по сравнению с первоначальным размером, прежде чем разрушиться.
Клей также сохранил стабильные характеристики после шести месяцев хранения.
Позже команда имплантировала CaroFlex крысам и отслеживала изменения артериального давления во время коротких сеансов стимуляции. Четыре из пяти протестированных электрических режимов снижали артериальное давление в среднем более чем на 15%.
Исследователи также сравнили устройство с обычными платиновыми электродами. По словам команды, CaroFlex обеспечивал более надежный контакт с тканями и более стабильные электрические характеристики.
Через две недели после имплантации в окружающих тканях практически не наблюдалось признаков воспаления или активности иммунной системы.
Теперь исследователи планируют进一步 оптимизировать устройство, прежде чем переходить к более масштабным исследованиям на животных и будущим клиническим испытаниям на людях. Они также считают, что 3D-печать может помочь ускорить разработку персонализированных биоэлектронных имплантатов для лечения сердечно-сосудистых заболеваний и других хронических состояний.
Результаты исследования опубликованы в журнале Device.
Sourse: interestingengineering.com
