In een baanbrekende studie hebben onderzoekers een biorobotisch hart onthuld, een fusie van biologische en robotische elementen, dat kan kloppen als een menselijk hart. Deze innovatieve creatie, aangekondigd op 10 januari 2024 en gedetailleerd beschreven in het tijdschrift Device, markeert een belangrijke stap voorwaarts in hartonderzoek en chirurgische training.
Het hart, dat een biologisch hart combineert met een siliconen robotpomp, richt zich specifiek op een klep aan de linkerkant van het hart. Deze klepsimulator is ontworpen om de structuur, beweging en functionaliteit van een gezond of ziek hart na te bootsen. Deze mogelijkheid stelt chirurgen en onderzoekers in staat om verschillende interventies uit te voeren en realtime gegevens te verzamelen, wat een ongekend niveau van studie en begrip van hartaandoeningen biedt.
Hoofdauteur Ellen Roche, een gerenommeerd biomedisch ingenieur aan het Massachusetts Institute of Technology, benadrukte het immense potentieel van de simulator. “Het is een krachtig onderzoeksinstrument voor het bestuderen van verschillende hartklepcondities en interventies,” merkte ze op. Naast een zegen voor onderzoekers, belooft de simulator een onschatbare bron te zijn voor chirurgische training. Het biedt een praktisch platform voor clinici, medische studenten en stagiaires om hun vaardigheden aan te scherpen. Bovendien biedt het apparaatingenieurs een unieke kans om nieuwe ontwerpen te testen, en helpt het zelfs patiënten om een beter begrip van hun aandoeningen en mogelijke behandelingen te krijgen.
De kloof overbruggen in hartinterventieonderzoek
Traditionele methoden voor het testen van nieuwe hartinterventies hebben sterk geleund op hart simulators en dierstudies. Deze benaderingen hebben echter aanzienlijke beperkingen. Huidige hartsimulators, hoewel nuttig, slagen er niet in om de complexiteit van het hart volledig te vatten en hebben doorgaans een zeer korte gebruiksduur van twee tot vier uur. Dierstudies zijn daarent
egenover niet alleen kostbaar en tijdrovend, maar leveren vaak ook resultaten op die niet nauwkeurig vertalen naar menselijke omstandigheden.
Het biorobotische hart pakt deze uitdagingen aan door een kosteneffectiever en duurzamer alternatief te bieden, met een houdbaarheid die zich uitstrekt tot enkele maanden. Het onderzoeksteam, dat zich richtte op mitralisklepinsufficiëntie – een aandoening die wereldwijd ongeveer 24,2 miljoen mensen treft – demonstreerde de effectiviteit van het biorobotische hart. Deze aandoening, gekenmerkt door een onjuiste sluiting van de klep tussen de linker hartkamers, kan leiden tot ernstige complicaties, waaronder hartfalen. De complexiteit van de structuur van de klep maakt operaties om deze stoornis te corrigeren uiterst ingewikkeld, waardoor de behoefte aan geavanceerde technologie en precieze chirurgische technieken wordt benadrukt.
Om de ingewikkelde werking van de mitralisklep in zowel gezonde als zieke toestanden na te bootsen, bouwde het team het biorobotische hart met behulp van een varkenshart als model. Ze vervingen de spier in de linker kamer door een zacht robotisch pompsysteem gemaakt van siliconen, aangedreven door lucht. Dit systeem imiteert de natuurlijke bewegingen van het hart, draaiend en knijpend om kunstmatig bloed door een gesimuleerd circulatiesysteem te pompen, waardoor effectief het ritme van een biologisch hart wordt gesimuleerd.
Toen onderzoekers opzettelijk de mitralisklep in het biorobotische hart beschadigden, vertoonde het kenmerken die vergelijkbaar zijn met die van een lekkende hartklep. Deze simulatie bood een unieke kans voor hartchirurgen om de schade te herstellen met drie verschillende technieken: het verankeren van het losse klepweefsel met kunstmatige akkoorden, het vervangen van de klep met een kunstmatige, en het implanteren van een apparaat om het sluiten van de klepbladen te ondersteunen. Alle drie procedures herstelden met succes de normale druk, stroming en hartfunctie.
Opmerkelijk is dat het biorobotische hart realtime gegevensverzameling tijdens chirurgische procedures mogelijk maakt. De compatibiliteit met de huidige beeldvormingstechnologieën die vaak in klinieken worden gebruikt, verhoogt verder de praktische bruikbaarheid en nut in medische omgevingen. Dit innovatieve apparaat staat op het punt om de manier waarop hartinterventies worden bestudeerd en uitgevoerd te revolutioneren, en biedt een nieuw horizon in de hartgezondheidszorg en onderzoek.