Deca rođena sa defektima koji oštećuju donje komore srca prolaze kroz niz invazivnih operacija rano u životu. Prva operacija uključuje implantaciju plastične cevi koja se zove šant za poboljšanje protoka krvi. Međutim, kako deca rastu, šant se često zamenjuje da bi se prilagodila njihovim telima koja se menjaju. Sada su istraživači dizajnirali šant koji se širi kada se aktivira svetlošću. Ako se uspešno razvije, ovaj uređaj bi mogao da smanji broj operacija na otvorenom grudnom košu koje ova deca primaju.
Istraživači će svoje rezultate predstaviti na jesenjem sastanku Američkog hemijskog društva (ACS). ACS jesen 2024. je hibridni sastanak koji se održava virtuelno i lično od 18. do 22. avgusta; sadrži oko 10.000 prezentacija o nizu naučnih tema.
„Nakon što hirurg prvi put stavi cev, ova deca često moraju da prođu kroz dodatne dve ili tri, možda čak i četiri operacije samo da bi ugradili malo veću cev“, kaže Kristofer Rodel, koji predstavlja istraživanje. „Naš cilj je da proširimo unutrašnjost cevi pomoću katetera koji emituje svetlost koji ubacujemo unutar šanta, potpuno eliminišući potrebu za dodatnim operacijama. Rodel je docent biomedicinskog inženjerstva na Univerzitetu Drekel.
Ove urođene srčane mane utiču na donje komore organa, poznate kao komore, što dovodi do ograničenog protoka krvi u pluća i druge delove tela. Bez operacije, bebe sa ovim poremećajima ne mogu da prežive. Često se rađaju male, ova beba mogu brzo da rastu nakon prve operacije implantacije šanta.
Da bi se prilagodili njihovom rastu, hirurzi često izvode još jednu operaciju na otvorenom grudnom košu. Svaki put kada se ova procedura izvodi, stvara rizik za dete. U studiji od 360 pacijenata koji su bili podvrgnuti početnoj proceduri rekonstrukcije srca, 41 je bilo potrebno dodatne operacije za implantaciju većeg šanta, a sedam je umrlo kao rezultat.
Ranije su Rodelove kolege iz Drekela, Ejmi Trokmorton i Kara Spiler, napravile proširivi prototip koji bi potencijalno zamenio najčešće korišćeni tip šanta. To su uradili tako što su unutrašnjost cevi premazali hidrogelom koji sadrži mrežu polimera okruženih vodom koji su pričvršćeni jedan za drugi vezama koje se nazivaju unakrsne veze.
Formiranje novih umreživanja tera vodu iz hidrogela i povlači polimere zajedno, kontrahujući hidrogel i šireći unutrašnjost šanta. U početnom dizajnu, nove unakrsne veze su se formirale automatski, bez spoljnog okidača.
Rodel se pridružio Throckmortonu i Spilleru kako bi im pomogao da reinženjering šanta kako bi materijali bili sigurni za kliničku upotrebu i kako bi se mogli prilagoditi potrebama pojedinačne djece. On je to postigao razvojem novih polimera za hidrogel koji bi formirao nove poprečne veze i povećao unutrašnji prečnik šanta kao odgovor na okidač. Da bi pokrenuo umrežavanje na zahtev, Rodel je odlučio da koristi plavo svetlo jer ova talasna dužina nosi dovoljno energije da pokrene reakciju, ali je bezbedna za živo tkivo.
„Svetlost je oduvek bila jedan od mojih omiljenih pokretača, jer možete da kontrolišete kada i gde ga primenite“, kaže Rodel.
Za novi uređaj, Rodel i njegov tim koji predvodi diplomirani student Akari Seiner koriste optički kateter, u suštini dugu, tanku cev sa vrhom koji emituje svetlost. Da bi aktivirali hidrogel osetljiv na svetlost unutar šanta, oni nameravaju da hirurzi ubace kateter u arteriju blizu pazuha, a zatim ga manevriše u položaj, eliminišući potrebu da otvore bebin grudni koš.
U laboratorijskim eksperimentima otkrili su da mogu postepeno da proširuju šant, pri čemu se količina ekspanzije razlikuje u zavisnosti od dužine izlaganja svetlosti – rezultati pokazuju da se jednom implantirano prilagođavanje šanta može prilagoditi svakom detetu. Otkrili su da mogu da prošire šant za čak 40%, proširujući njegov prečnik sa 3,5 milimetara na 5 milimetara – što je skoro veličina najvećeg šanta implantiranog kod dece.
Takođe su procenili kako krvne ćelije i krvni sudovi mogu da reaguju na modifikovani šant. Nisu pronašli nikakve dokaze da je implantirana cijev izazvala stvaranje krvnih ugrušaka, upalni odgovor ili druge reakcije koje bi mogle predstavljati potencijalne zdravstvene probleme.
Zatim, tim planira da testira prototipove šanta pune dužine u veštačkoj postavci koja oponaša ljudski cirkulatorni sistem. Ako ovi eksperimenti budu uspešni, istraživači nameravaju da pređu na eksperimente na životinjskim modelima. Prema Rodellu, ova tehnologija bi mogla biti korisna izvan poremećaja srca sa jednom komorom. Hirurzi bi, na primer, mogli da koriste slične cevi da zamene krvne sudove kod dece povređene u saobraćajnoj nesreći.
„U ovim procedurama nailazite na isti problem: deca nisu samo male odrasle osobe; ona nastavljaju da rastu“, kaže Rodel. „To je nešto što treba da uzmemo u obzir u biomaterijalima, kako će se taj graft ponašati tokom vremena.“
