به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، در مطالعه اخیر منتشر شده در نشریه Nature Cardiovascular Research، محققان بطن راست (RV) را برای ایجاد رباتی که همودینامیک و بیومکانیک بطن راست قلب را تکرار می‌کند، مدل‌سازی کردند. در واقع این بطن راست رباتیک یک پلت‌فرم بیوهیبریدی است که عملکرد بطن راست را در شرایط (پاتو) فیزیولوژیکی و مداخله شبیه‌سازی می‌کند.

پیش زمینه

نارسایی قلب، بیماری است که عضله قلب نمی‌تواند خون را به‌درستی پمپاژ کند. در این حالت خون برگشته و مایع در ریه‌ها جمع می‌شود. این شرایط به شخص حس تنگی نفس می‌دهد. این اختلال در عملکرد قلب به‌ تمامی سیستم‌های بدن آسیب وارد می‌کند. نارسایی قلب در واقع یکی از علائم بیماری‌های قلبی است. این عارضه باعث می‌شود قلب ضعیف شود. در برخی افراد این بیماری به‌گونه‌ای است که قلب توانایی پمپاژ خون به سایر اعضای بدن را از دست می‌دهد و ضربان قلب نرمال دچار اختلال می‌شود. در برخی دیگر باعث سفت شدن عضله قلب شده و جریان خون به قلب را کاهش می‌دهد. بطن راست قلب (RV)، با پمپاژ خون به ریه‌ها، اکسیژن را دریافت می‌کند. زمانی که این بطن به‌ خوبی خون را پمپاژ نکند، نارسایی سمت راست ایجاد می‌شود. معمولا این اختلال پس از نارسایی در بطن چپ ایجاد می‌شود. اختلال عملکرد RV یک نگرانی قلبی عروقی است که باعث توسعه درمان‌ها و فن آوری‌های خاص RV می‌شود. اضافه بار فشار، اضافه بار حجمی و نارسایی سیستولیک همگی می‌توانند باعث اختلال عملکرد RV شوند. با این حال، استانداردهای نظارتی برای ابزارهای متمرکز بر بطن راست نیاز به آزمایش گسترده‌ای دارد و تحقیقات حیوانی بسیار گران، متغیر و زمان بر است. شبیه سازهای آزمایشگاهی نسبت به شبیه سازهای رومیزی در مورد همودینامیک تنظیم شده غلظت کمتری دارند. بیماران مبتلا به بیماری قلبی مادرزادی و فشار خون ریوی به ویژه در برابر RV آسیب پذیر هستند. دستگاه‌های مکانیکی متمرکز بر RV که برای آزمایش‌های حیوانی استفاده می‌شوند زمان‌بر، پرهزینه و اغلب کشنده هستند.

درباره مطالعه

در مطالعه حاضر، محققان یک RV رباتیک (RRV) برای تکرار عملکرد RV تحت تنظیمات پاتوفیزیولوژیک و مداخله برای کاهش آزمایش حیوانی برای ارزیابی عملکرد همودینامیک دستگاه داخل قلب با بازتولید پاتوفیزیولوژی RV در سطح آزمایشگاهی توسعه دادند. محققان از یک تکنیک بیوهیبرید برای ایجاد یک شبیه‌ساز RV استفاده کردند که یک داربست اندوکاردیال تحت درمان شیمیایی را با یک میوکارد مصنوعی روباتیک نرم ادغام می‌کند. RRV به عنوان پمپ قلبی اولیه عمل می‌کند، همودینامیک منطبق را بازتولید می‌کند و نیاز به پمپ‌های ضربانی خارجی را حذف می‌کند. این تیم از یک سیستم کنترل برای تحت فشار قرار دادن محرک‌ها با تاخیر متوالی 20 تا 50 متر بر ثانیه برای تکرار جهش RV مانند پریستالتیک استفاده کرد. ترابکول‌ها، دریچه‌ها، عضله پاپیلاری و نوارهای تعدیل کننده از جمله اجزای سه بعدی اندوکاردیال پیچیده بطن راست هستند. قلب خوک در فرمالین ذخیره شد و با مولکول‌های سورفکتانت تیمار شد تا ویژگی‌های طبیعی بافت مانند برای دستیابی به صحت آناتومیکی بازیابی شود. محققان میوکارد ضخیم را با بافت‌های میوکارد الاستومری مصنوعی و محرک‌های رباتیک و نرم McKibben که به‌طور بیومیمتیکی با عضله قلب مرتبط هستند، جایگزین کردند و عملکردهای انقباضی بافت‌های بومی میوکارد را برای دستیابی به حرکت RV دقیق فیزیولوژیکی شبیه‌سازی کردند. محرک‌ها می‌توانند انقباض محوری 25 درصد و انبساط شعاعی 117 درصد ایجاد کنند که امکان جابجایی حجم از نظر فیزیولوژیکی معنی دار را فراهم می‌کند. این تیم از توموگرافی کامپیوتری (CT) برای ارائه تصویری سه بعدی از آناتومی و معماری RRV استفاده کردند. محققان یک چارچوب محاسباتی برای بهینه سازی تحرک و عملکرد میوکارد رباتیک نرم ابداع کردند. داده‌های جریان دو بعدی تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) با مدل‌های تعامل دو طرفه ساختار مایع برای ارزیابی رفتار جهانی میوکارد رباتیک نرم استفاده شد.

محققان با غیرفعال کردن محرک‌های خاص، تغییر فشار ورودی و اصلاح پارامترهای سیستم گردش خون، بیماری‌های RV را در آزمایشگاه بازسازی کردند. آن‌ها کاهش جریان معکوس را در مقایسه با تلویزیون پاتولوژیک مشاهده کردند که نشان دهنده بهبود احتمالی در بافت‌های رباتیک نرم بیومیمتیک میوکارد است. RRV یک فناوری پیشرو است که می‌تواند تغییرات همودینامیک بلادرنگ را در شرایط سالم و پاتولوژیک مانند اضافه بار حجمی، نارسایی سیستولیک RV و اضافه بار فشار تقلید کند. این روش در داخل بدن با استفاده از یک مدل خوک اثبات شده است، و وعده خود را برای تعمیر و جایگزینی دریچه سه لتی آزمایشگاهی نشان می‌دهد. طراحی محاسباتی بیومکانیک و همودینامیک RRV را بهبود بخشید، که در یک مطالعه خوک تایید شد. روی نیمکت، محققان با موفقیت جریان RV، حجم و فشار را تکرار کردند و ویژگی‌های عملکردی را با داده‌های in vivo pig مقایسه کردند. آن‌ها همچنین چندین نوع اختلال عملکرد RV، مانند فشار خون شریانی ریوی (PAH)، نارسایی دریچه سه لتی (TR) و انفارکتوس میوکارد را در دیواره RV تکرار کردند. RRV دقیقاً عمل انقباض عضله پاپیلاری و تنش وتر قابل تنظیم را در حالت‌های سالم و پاتولوژیک بازسازی می‌کند. انقباض RV با همتای چپ خود متفاوت است و دارای چهار مکانیسم است، حرکت درونی دیواره آزاد بطن راست، برآمدگی سپتال به بطن راست، انقباضات حلقوی تلویزیون طولی به سمت ناحیه اپیکال، و انقباضات مجرای خروجی RV محیطی (RVOT). بافت‌های رباتیک و نرم میوکارد جهت گیری فیبر ماهیچه‌ای قلب را تقلید می‌کنند و عملگرهای آن نیز این کار را انجام می‌دهند. پلتفرم RRV یک جایگزین قلبی بود که سپتال RV و حرکت آزاد دیواره را تکرار می‌کرد و امکان ثبت تصاویر اکوکاردیوگرافی، اولتراسونوگرافی، سی تی اسکن و MRI را فراهم می کرد. بافت‌های نرم و روباتیک میوکارد منقبض می‌شوند، مایع را به سمت جلو حرکت می‌دهند و اختلاف فشار را در تلویزیون و PV ایجاد می‌کنند و در نتیجه باز و بسته می‌شوند. RRV در مورد همودینامیک به خوبی عمل کرد، با حداکثر فشار خون سیستولیک در بطن راست در 32 میلی متر جیوه و کاهش حجم RV 62٪. معماری الهام‌ گرفته‌شده از این پلت‌ فرم، مدل‌سازی حرکت دیوار RV را با مقادیر سالم بیش از 38 درصد در خوک‌ها و 42 درصد در انسان، امکان‌پذیر کرد. در یک زمینه آزمایشگاهی، ظرفیت تکثیر و تغییر تنش آکورد با استفاده از یک عضله رباتیک نرم انقباضی در RRV می‌تواند شکست عضله پاپیلاری را شبیه‌سازی کند. بر اساس یافته‌های مطالعه، شبیه‌ساز RRV یک شبیه‌ساز رباتیک قلب راست بیوهیبریدی است که برای تحقیق و درمان آسیب‌شناسی RV استفاده می‌شود. این بیومکانیک قلبی عروقی را با استفاده از جایگزینی میوکارد بازسازی می‌کند و بر اثرات تغییرات در شکل RV، عملکرد و استرس بر همودینامیک و شاخص‌های بالینی تمرکز می‌کند. این شبیه ساز با اکوکاردیوگرافی، CT و MRI برای بررسی آناتومی و عملکرد سازگار است. تحقیقات آینده ممکن است بر روی تکثیر قلب چپ متمرکز شود.

پایان مطلب./