Kohlenstoff-Nanoröhren dienen als Brücken, die elektrische Signale durch neue Kinderherz -Fehler- Patches an der Rice University und Texas -Kinderklinik erfunden ungehindert passieren können.
Ein Team um Jeffrey bioengineer Jacot und Chemie-Ingenieur und Chemiker Matteo Pasquali führte erstellt die Patches mit leitfähigen einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren als Infusion verabreicht. Die Pflaster sind aus einem schwammartigen biologisches Gerüst , die mikroskopische Poren und ahmt die körperextrazellulären Matrix enthält.
Die Nanoröhren zu überwinden eine Begrenzung der aktuellen Patches , in der Porenwände behindern die Übertragung von elektrischen Signalen zwischen Herzmuskelzellen , der Herzmuskel zu schlagen Zellen, die Ihren Wohnsitz in den Patch und schließlich ersetzen Sie sie durch neue Muskel .
Die Arbeit erscheint in diesem Monat in der American Chemical Society Journal ACS Nano . Die Forscher sagten, dass ihre Erfindung kann als voller Dicke Patch auf Defekte aufgrund von Fallot-Tetralogie , Vorhof reparieren und Ventrikelseptumdefekt Mängel und andere Fehler , ohne die Gefahr der Induktion anormale Herzrhythmen zu dienen.
Die ursprünglichen Patches erstellt von Jacot Labor bestehen hauptsächlich aus Hydrogel und Chitosan, einem weit verbreiteten Material aus den Schalen von Garnelen und anderen Krustentieren gemacht . Der Patch ist an ein Polymergerüst , das einen Stich zu halten und halten Sie sie an Ort und Stelle , um ein Loch im Herzen abdecken kann angebracht . Die Poren ermöglichen natürlichen Zellen , um das Patch , das verschlechtert sich die Zellen zu bilden Netzwerke der eigenen einzudringen. Das Pflaster , einschließlich des Rückgrats , verschlechtert in Wochen oder Monaten wie es durch natürliches Gewebe ersetzt.
Forscher an Reis und anderen Ländern haben gezeigt, dass , wenn Zellen ihren Platz in den Patches , haben sie Schwierigkeiten, die Synchronisierung mit dem Rest des schlagenden Herzens , weil das Gerüst zum Stummschalten von elektrischen Signalen , die von Zelle zu Zelle weiterzugeben. Dass vorübergehende Verlust der Signalübertragung führt zu Herzrhythmusstörungen .
Nanoröhren können das beheben und Jacot , die eine gemeinsame Berufung an der Rice und Texas Kinder hat , nutzten die umliegenden Sonderforschungsumgebung.
"Das ergab sich aus im Gespräch mit Dr. Pasquali Labor sowie interventionelle Kardiologen im Texas Medical Center ", sagte Jacot . "Wir haben nach einem Weg , um eine bessere Zell-zu -Zell -Kommunikation zu erhalten gesucht und wurden durch den Patch auf die Geschwindigkeit der elektrischen Leitung zu konzentrieren . Wir dachten, Nanoröhren könnten leicht integriert werden. "
Nanoröhrchen verbessern die elektrische Kopplung zwischen Zellen, die den Patch eindringen und hilft ihnen mithalten mit den Herzgleichmäßigen Takt . " Wenn Zellen ein Patch bevöl Erstens sind ihre Verbindungen unreifen Vergleich zu nativem Gewebe ", so Jacot . Die isolierende Gerüst können die Zell-zu -Zell- Signal weiter zu verzögern , aber die Nanoröhren schmieden eines Pfades um die Hindernisse.
Jacot , sagte der relativ niedrigen Konzentration von Nanotubes - 67 Teile pro Million in den Patches , die am besten untersucht - ist der Schlüssel. Frühere Versuche, Nanoröhren eingesetzten viel höhere Mengen und verschiedene Methoden der Dispergierung Herz -Patches verwenden .
Jacot Labor fand sie bereits in ihren Patches eine Komponente - Chitosan - hält die Nanoröhren auszubreiten. " Chitosan ist amphiphil, dh es hat hydrophobe und hydrophile Bereiche , so dass es mit Nanoröhren ( die hydrophob sind ) zuordnen können und halten sie von Klumpenbildung . Das ist, was können wir viel geringeren Konzentrationen zu verwenden als andere versucht haben . "
Da die Toxizität von Kohlenstoff-Nanoröhren in biologischen Anwendungen bleibt eine offene Frage , sagte Pasquali , je weniger man verwendet , desto besser. "Wir wollen an der Perkolationsschwelle zu bleiben, und lernen Sie es mit den wenigsten Nanoröhren möglich ", sagte er . "Wir können dies tun, wenn wir kontrollieren Dispersion gut und Verwendung hochwertiger Nanotubes . "
Die Patches starten als Flüssigkeit . Wenn Nanoröhrchen hinzugefügt wird, wird das Gemisch durch Beschallen geschüttelt, um die Rohre , die sonst verklumpen aufgrund van der Waals-Anziehung zu dispergieren. Klumpenbildung kann ein Problem für Experimente , die höhere Konzentrationen verwendet Nanoröhrchen gewesen , sagte Pasquali .
Das Material wird in einer Zentrifuge , um Streuklumpenzu beseitigen gesponnen und in dünne , fingernagelgroßen Scheiben mit einem biologisch abbaubaren Polycaprolacton -Backbone, der Patch , um eingenäht werden können gebildet werden. Die Gefriertrocknung wird die Größe der Scheiben " Poren, die groß genug für natürliche Herzzellen zu infiltrieren und zu Nährstoffen und Abfall passieren sind .
Als Nebeneffekt , Nanotubes auch die Patches stärker machen und senken ihre Neigung zum Quellen und bietet gleichzeitig einen Griff , genau stimmen ihre Abbaugeschwindigkeit , so dass Herz genug Zeit, sie mit natürlichen Gewebe zu ersetzen , so Jacot .
"Wenn es ein Loch im Herzen hat ein Patch die volle mechanische nehmen Stress ", Sagte er . " Es kann nicht abgebaut zu schnell, aber es kann auch nicht abbauen zu langsam , weil es am Ende immer Narbengewebe. Das wollen wir vermeiden. "
Pasquali darauf hingewiesen, dass die Nanotechnologie Expertise Rice und Texas Medical Center Mitgliedschaft bietet große Synergien . " Dies ist ein gutes Beispiel dafür, wie es ist viel besser für eine Anwendung Person wie Dr. Jacot mit Experten, die wissen, wie man Nanotubes behandeln , anstatt zu versuchen, solo weiterzumachen , wie es viele tun zu arbeiten", sagte er. "Wir am Ende mit einem viel bessere Kontrolle des Materials. Das gilt auch umgekehrt , natürlich, und die Zusammenarbeit mit führenden Unternehmen in der Biomedizin kann wirklich beschleunigen den Weg zur Übernahme für diese neuen Materialien. "
Wohnen Herzzellen genannt Kardiomyozyten in Nanotube - infundiert Hydrogel Schlag in einem Experiment von der Rice University und Texas Kinder Wissenschaftler, die gerade erstellen Patches für pädiatrische Herzfehler reparieren kultiviert. (Mit freundlicher Genehmigung des Jacot Lab / Rice University ) :
Sehen Sie ein Interview mit Jeffrey Jacot über sein Herz - Patch -Forschung: