Учёные создали мягкое роботизированное сердце для моделирования сердечно-сосудистых заболеваний

Исследователи из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW Sydney) создали полностью синтетическое мягкое роботизированное сердце, которое воспроизводит сложные движения и внутреннюю структуру человеческого сердца. Разработка открывает новые возможности для улучшения лечения сердечно-сосудистых заболеваний, создания более безопасных медицинских устройств и персонализированной медицины.

Работа, опубликованная в журналах Nature Communications и Advanced Science, представляет модель левой половины сердца с искусственными клапанами, сосочковыми мышцами и сухожильными хордами — структурами, критически важными для нормальной работы сердца и часто поражаемыми при заболеваниях.

Созданное устройство способно воспроизводить процессы, при которых сердечные клапаны начинают «протекать», и кровь движется в обратном направлении. Такие нарушения повышают риск сердечной недостаточности и других опасных осложнений.

По словам руководителя проекта, доцента Тхань Нхо До из Школы биомедицинской инженерии UNSW и Лаборатории медицинской робототехники, разработка важна, поскольку сердечно-сосудистые заболевания остаются ведущей причиной смертности в мире.

Особое внимание уделяется сердечной недостаточности с сохранённой фракцией выброса (HFpEF), сложному состоянию, которое часто сопровождает гипертонию, аритмии, болезни почек, ожирение и диабет. Поскольку заболевание проявляется по-разному у разных пациентов, создание эффективных устройств для лечения особенно затруднено.

Новая модель представляет собой гибкую силиконовую конструкцию, в которой мягкие роботизированные «мышцы» воспроизводят сокращения и скручивание сердца. Эти искусственные мышцы приводятся в действие гидравлическим давлением и имитируют слоистую структуру настоящей сердечной мускулатуры.

Устройство также воспроизводит работу митрального клапана — «створок», регулирующих поток крови между камерами сердца. Исследователи смогли моделировать такие патологии, как пролапс и регургитация клапана, при которых кровь частично течёт назад.

С помощью ультразвука и измерений давления учёные показали, что модель ведёт себя так же, как человеческое сердце: при здоровой функции наблюдаются нормальные показатели давления и потока, а при моделировании болезни — характерные нарушения, включая обратный ток крови и снижение эффективности выброса.

Кроме того, система была использована для тестирования нового мягкого роботизированного катетера, который успешно перемещался внутри модели сердца, реагируя на его подвижные структуры. Это демонстрирует потенциал платформы для разработки хирургических инструментов.

Исследователи считают, что технология может снизить необходимость в экспериментах на животных, а в будущем позволит создавать персонализированные модели сердца пациентов на основе медицинских изображений для планирования операций.

Однако авторы подчёркивают, что разработка пока находится на стадии доказательства концепции и требует дальнейшей проверки на клинических данных и более сложных анатомических моделях.