Odtwarzanie nerwów błędnych w przeszczepionych sercach
Choroby układu krążenia odpowiadają za około 18 milionów zgonów na całym świecie, i są główną przyczyną zgonów w krajach rozwiniętych – choruje na nie przeszło 6,6 % ludności świata. Choć objawy chorób układu krążenia mogą być zróżnicowane, od nadciśnienia tętniczego do przewlekłej niewydolności serca, w skrajnych przypadkach przeszczep serca jest jedyną opcją pomocy pacjentowi. Niestety, najpopularniejsza technika, czyli całkowity ortotopowy przeszczep serca, wymaga chirurgicznego usunięcia lub przecięcia nerwów przywspółczulnych. „Prowadzi to do przyspieszenia akcji serca, zmniejszonej reakcji mięśnia na bodźce i zwiększonej sztywności komór. Przywrócenie tych połączeń nerwowych byłoby prawdziwym przełomem”, wyjaśnia Silvestro Micera, koordynator finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu NeuHeart z ramienia Sant'Anna School of Advanced Studies, instytucji pełniącej rolę gospodarza projektu. Zespół projektu NeuHeart zaprojektował, opracował i opatentował neuroprotezę zdolną do regeneracji połączeń przywspółczulnych w okolicy serca, w szczególności prawego nerwu błędnego. „Oprócz poprawy jakości życia, pacjenci mogą również cieszyć się jego wydłużoną oczekiwaną długością" dodaje Vincenzo Lionetti, główny badacz projektu. Wytrzymałe, a jednocześnie adaptowalne rozwiązanie opracowane w ramach projektu NeuHeart może również pozwolić na przywrócenie połączeń nerwowych w innych przeszczepionych narządach, a także połączeń zerwanych w wyniku urazów.
Rozwiązanie bioelektroniczne oparte na zamkniętej pętli
Kanał regeneracyjny wykonany z miękkich, biodegradowalnych polimerów i uzyskany dzięki technice druku 3D wraz z cienkowarstwową elektrodą wewnątrznerwową jest wszczepiany między dwa kikuty odciętego nerwu błędnego. Kanał ten wspomaga regenerację i nadaje odpowiedni kształt nerwowi, z kolei elektroda przewodzi sygnały elektryczne, przywracając połączenie. Takie rozwiązanie umożliwia modulację tętna. Nowe rozwiązanie jest łączone z wszczepialnym stymulatorem, który dostarcza impulsy elektryczne w oparciu o pomiary tętna dokonywane w czasie rzeczywistym przez czujnik i przetwarzane przez oprogramowanie – dzięki temu całe rozwiązanie działa w zamkniętej pętli.
Nowe obszary
Ze względu na to, że dotychczas badacze nie zajmowali się regeneracją nerwu błędnego, naukowcy skupieni wokół projektu przeprowadzili własne badania na królikach i świniach. Analiza immunohistochemiczna wykazała, że regeneracja nerwu błędnego może zakończyć się sukcesem przy wykorzystaniu kanałów regeneracyjnych, a szereg badań umożliwił potwierdzenie skuteczności różnych elementów systemu. Elektroda wewnątrznerwowa i prototyp stymulatora zostały przetestowane w ramach procesu odtwarzania nerwu błędnego świni – badania wykazały skuteczność kontrolowania tętna bez występowania skutków ubocznych. Badacze wykazali także biokompatybilność wszczepionego czujnika tętna oraz możliwość wykorzystania go w celu oceny sztywności mięśnia sercowego. Badania objęły także algorytm kontroli tętna, uwzględniający wahania do jednego uderzenia na minutę. „Wszystkie te badania stanowią dowody słuszności założeń i koncepcji wszystkich elementów systemu NeuHeart", mówi Ciro Zinno, jeden z badaczy projektu.
Prawdziwy przełom
Badania doświadczalne trwające cztery miesiące pozwoliły na regenerację nerwu błędnego serca zarówno u leczonych zwierząt, jak i grupy kontrolnej – zwierząt, których nerwy błędne zostały przerwane, jednak nie wszczepiono im kanałów regeneracyjnych. W celu analizy zmian zachodzących z czasem w sercach badanych zwierząt wykorzystano rezonans magnetyczny serca. „Stwierdziliśmy zmniejszoną reaktywność serca u nieleczonych zwierząt w porównaniu z grupą leczoną. Analiza obrazowa wykazała również, że ponowne podłączenie serca do prawego nerwu błędnego chroni przed przeciążeniem lewej komory serca. Analiza immunohistochemiczna wykazała z kolei, że lewe komory leczonych zwierząt były podobne do tych występujących u zdrowych zwierząt", wyjaśnia Lionetti. Naukowcy dążą obecnie do prowadzenia badań z udziałem ludzi – zakładają, że w badaniach pierwszej fazy weźmie udział 30 pacjentów, z których 15 otrzyma całkowity ortotopowy przeszczep serca z regeneracją nerwu błędnego, a pozostali pacjenci nie zostaną poddani temu zabiegowi. „Nasza innowacja może zrewolucjonizować przeszczepy. Ze względu na to, że materiały są łatwe w produkcji, nasze rozwiązanie jest skalowalne. Dzięki temu może zapewnić regenerację nerwów, których przeszczepy są obecnie bardzo trudne i niedostępne”, podsumowuje Eugenio Redolfi Riva, pracownik naukowy.
Słowa kluczowe
NeuHeart, nerw błędny, serce, regeneracja, odtwarzanie, sercowy, przeszczep, elektroda
