Инженеры создали 3D-печатный имплантат, который снижает давление на 15% без лекарств
Инженеры из Пенсильванского университета создали мягкий электронный имплантат, который оборачивается вокруг крупной артерии и снижает кровяное давление с помощью мягкой электрической стимуляции, предлагая возможную альтернативу для пациентов, которые не реагируют на медикаментозное лечение.
Устройство, получившее название CaroFlex, сочетает в себе 3D-печатную растяжимую электронику и гелеобразный клей, который прикрепляется непосредственно к живой ткани без использования швов. В исследованиях на животных система снижала уровень кровяного давления, избегая при этом значительного раздражения и повреждения тканей, которые часто возникают при использовании традиционных имплантатов. Исследователи заявили, что технология в перспективе может поддержать разработку новых методов лечения лекарственно-устойчивой гипертонии.
Большинство имплантируемых биоэлектронных устройств изготавливаются из жестких металлов и пластиков, которым трудно естественно двигаться вместе с кровеносными сосудами. Артерии постоянно расширяются и сжимаются во время кровообращения, создавая нагрузку на жесткие устройства, прикрепленные к их поверхности. Это движение со временем может ослабить соединение имплантата и повредить окружающие ткани. Команда из Пенсильванского университета подошла к решению этой проблемы иначе. Вместо твердых материалов исследователи создали CaroFlex из токопроводящих гидрогелей — мягких материалов, которые точно имитируют гибкость биологической ткани. Имплантат также использует адгезивный гидрогелевый слой, позволяющий ему прикрепляться непосредственно к стенке артерии без хирургических швов. По словам Тао Чжоу, доцента кафедры инженерных наук и механики Пенсильванского университета, такие устройства обычно фиксируются швами, которые со временем могут повреждать ткани.
CaroFlex воздействует на барорефлекс организма — встроенную систему, которая регулирует кровяное давление с помощью нервных сигналов. Имплантат располагается возле каротидного синуса — участка сонной артерии, содержащего чувствительные к давлению нервные окончания. Эти рецепторы постоянно отслеживают изменения кровотока и посылают сигналы в мозг, который затем корректирует частоту сердечных сокращений и тонус сосудов. Воздействуя низкочастотными электрическими импульсами, имплантат стимулирует эти рецепторы и влияет на то, как организм реагирует на повышение артериального давления. Как отметил Тао Чжоу, для многих пациентов даже комбинация из трех-пяти лекарств не снижает высокое давление, и биоэлектронная терапия может стать еще одним вариантом помощи.
Перед испытаниями на животных исследователи оценили долговечность и электрические характеристики имплантата в лабораторных экспериментах. Гидрогелевая структура растягивалась более чем вдвое от своего первоначального размера прежде, чем разорваться. Адгезивный материал также сохранял стабильные характеристики после шести месяцев хранения. Затем команда имплантировала CaroFlex крысам и отслеживала изменения кровяного давления во время коротких сеансов стимуляции. Четыре из пяти протестированных электрических режимов снижали кровяное давление в среднем более чем на 15%. Исследователи также сравнили устройство с обычными платиновыми электродами. По данным команды, CaroFlex поддерживал более надежный контакт с тканью и обеспечивал более стабильную электрическую работу. Через две недели после имплантации в окружающих тканях наблюдалось незначительное воспаление или признаки активности иммунной системы.
В настоящее время исследователи планируют дальнейшую оптимизацию устройства, прежде чем перейти 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 сердечно-сосудистых заболеваний и других хронических состояний.
Исследование в журнале Device.