Un equipo de bioingenieros, científicos aeroespaciales y médicos cardiovasculares respaldados por NIBIB está mejorando la función de los miles de dispositivos de asistencia ventricular VAD que se salvan la vida implantados en pacientes con insuficiencia cardíaca avanzada cada año. Los VAD son bombas mecánicas con un rotor pequeñoque gira a altas velocidades para hacer circular la sangre. Sin embargo, estas bombas que salvan vidas pueden crear bolsas de turbulencia que aumentan el riesgo de activación de plaquetas, lo que resulta en coágulos de sangre peligrosos no deseados y derrames cerebrales.
Anteriormente, el equipo rediseñó los VAD para eliminar estos focos de turbulencia, lo que redujo más del 90% de la activación y coagulación de las plaquetas. En el estudio actual, para reducir aún más el riesgo, el equipo examinó el papel de la rigidez plaquetaria en elactivación de la coagulación con el objetivo de desarrollar tratamientos que aumenten la flexibilidad de las plaquetas y reduzcan aún más la activación y la coagulación de las plaquetas.
La insuficiencia cardíaca ocurre cuando el corazón no puede bombear suficiente sangre y oxígeno para soportar los órganos del cuerpo. Según la Asociación Americana del Corazón, alrededor de 5,1 millones de personas en los Estados Unidos tienen insuficiencia cardíaca. Se estima que hay de 75,000 a150,000 pacientes en los Estados Unidos con insuficiencia cardíaca en etapa terminal, donde los VAD se usan como puente mientras esperan un trasplante de corazón. Más recientemente, los VAD están proporcionando una alternativa al trasplante, permitiendo una calidad de vida casi normal.
La espada de doble filo de activación de plaquetas
Aunque son una tecnología que salva vidas, los VAD se han comparado con los motores a reacción, con sangre impulsada por un rotor de hasta 12,000 rpm. La alta velocidad crea un esfuerzo cortante, la fuerza que presiona contra la pared del dispositivo comola sangre pasa rápidamente. Las plaquetas de la sangre, cuya función normal es formar coágulos para reparar el daño vascular, pueden activarse por el esfuerzo cortante en los DAV. Dicha activación puede provocar coagulación no deseada, bloqueos arteriales y derrames cerebrales.
En trabajos anteriores, el enfoque de rediseño de los VAD para reducir la coagulación no deseada fue una gran mejora. Sin embargo, los VAD de vanguardia rediseñados continúan teniendo un riesgo de aproximadamente 1-10% de iniciar eventos de coagulación peligrosos. Dice MarvinJ. Slepian, MD, Profesor de Medicina e Ingeniería Biomédica, Universidad de Arizona, Tucson, miembro principal del grupo de investigación, "A medida que alcanzamos las limitaciones físicas de la optimización del diseño de VAD, ahora estamos estudiando las propiedades biomecánicas.de activación de plaquetas para reducir aún más la coagulación peligrosa. Nos estamos moviendo del dominio de ingeniería, donde modificamos el dispositivo, al biológico, donde tratamos de alterar las plaquetas para que se vuelvan más flexibles y, por lo tanto, menos reactivas a medida que fluyen a través del VAD"
Diseño de una técnica de medición delicada
El trabajo en curso ha identificado elementos intracelulares que rigen la rigidez de las plaquetas, incluidos los filamentos de actina y los microtúbulos. El objetivo es probar lo que Slepian ha considerado "mecanoquímicos" que pueden actuar sobre estos componentes celulares para reducir la rigidez y aumentar la flexibilidad. Sin embargo, determinar qué agenteshacer que una plaqueta sea mecánicamente más flexible depende del desarrollo de un método para medir la rigidez de las plaquetas.
Hay una serie de formas estándar en que se mide la rigidez de los diferentes tipos de células. Desafortunadamente, dependen casi exclusivamente de anclar la célula a un sustrato y tirar de ella para ver cuánto se estira. Si esto se hiciera en una plaqueta,se fragmentaría y activaría instantáneamente. Por lo tanto, se tuvo que desarrollar un método que empleara una interacción mínima para obtener una medición precisa sin activar la plaqueta.
Para lograr este delicado equilibrio, los investigadores combinaron dos técnicas. La dielectroforesis DEP es una técnica en la que un campo eléctrico mueve suavemente las plaquetas a su posición en un chip de medición electromecánico. Con la segunda técnica, llamada electro-deformación EDF, las plaquetas se estiran suavemente mediante campos eléctricos oscilantes alternos, que deforman las plaquetas y proporcionan una medida de su rigidez sin inducir la activación. Con esta combinación, los investigadores obtuvieron mediciones confiables de la rigidez de las plaquetas; ahora el método puede usarse para probar compuestosque hacen que las plaquetas sean más flexibles y menos reactivas a las fuerzas de corte en los VAD.
El grupo ve el diseño y las pruebas de esta herramienta de medición como la primera entrega de su cambio de enfoque para cambiar la capacidad de respuesta física de las células con mecanoquímicos. Además, según el trabajo preliminar, los investigadores creen que el chip de medición electromecánica tiene potencial comoUna herramienta de diagnóstico e investigación. Las posibles aplicaciones futuras incluyen el examen de la relación de la progresión de la enfermedad con el aumento de la rigidez celular que se encuentra en los tejidos durante el envejecimiento. Otra área de interés es el cáncer, dado que las células tumorales pueden volverse menos rígidas y más flexibles, lo que puede ser críticopaso que permite que las células tumorales hagan metástasis a otros tejidos.
El trabajo fue publicado en la edición de julio de la Anales de Ingeniería Biomédica .
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Imagen Biomédica y Bioingeniería . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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