Jak zrewolucjonizować leczenie niewydolności serca i jednocześnie zmniejszyć śmiertelność związaną z chorobami serca? W ramach Miesiąca Partnera Klastra przedstawiamy projekt Instytutu Metalurgii i Inżynierii Materiałowej, który wprowadza innowacje, mogące przekształcić dotychczasowe podejście do produkcji i działania kardiologicznych pomp wspomagania serca.
4-Wymiarowy Jednoczęściowy Miniaturowy Wirnik Krwi
Wykonawcy: JOANNEUM RESEARCH Forschungsges.m.b.H., Institute of Surface Technologies and Photonics (JR), Foundation for Heart Surgery Development (FRK), In-Vision Digital Imaging Optics GmbH (INV), Lithoz GmbH (LTZ), Polymer Competence Center Leoben GmbH (PCCL), University of Leoben, Institute of Chemistry of Polymeric Materials (MUL), MESco Sp. z.o.o. (MESco), Polish Academy of Sciences, Institute of Metallurgy and Material Sciences (IMIM)
Projekt został opracowany w celu zaspokojenia naglącej potrzeby medycznej polegającej na zwiększeniu skuteczności leczenia niewydolności serca co mogłoby prowadzić do znacznego zmniejszenia śmiertelności, związanej w szczególności z przezwyciężeniem ograniczeń materiałowych i technologicznych komór wspomagania serca (ang. Lefet Ventricle Assist Device- LVAD).
LVAD są często stosowane przez okres od kilku dni w kardiologii do kilku lat w kardiochirurgii w celu wspomagania serca. Stosowane są jako wspomaganie prowadzące do regeneracji lub pomost w transplantacji serca. Umieszczenie implantu odbywa się obecnie za pomocą chirurgii inwazyjnej poprzez otwarcie klatki piersiowej. Minimalne inwazyjne umieszczanie zminiaturyzowanych LVAD poprzez dostęp naczyniowy wciąż nie jest powszechnie znane w kardiologii.
Jest na razie w sferze marzeń lekarzy jako najlepszego leczenia dla pacjentów. Niezależnie od wielkości, głównym problemem medycznym najnowocześniejszych LVAD jest indukowane przez urządzenie tworzenie skrzeplin wynikające z niedostatecznej dynamiki przepływu krwi w wirniku pompy krwi.
Pompa krwi jest urządzeniem złożonym w budowie. Komplikacje głównie wynikają z silnych ograniczeń w konwencjonalnym procesie ich wytwarzania stosując techniki frezowania lub odlewania. W oparciu o wstępne badania i symulacje, wybrana została metoda stereolitografii (SLA) jako dodatkowa technologia produkcji. Umożliwia ona znacznie zwiększoną swobodą w projektowaniu elementów kompatybilnch z przepływem krwi. Eliminuje to ryzyko tworzenia zakrzepów. Metoda ta został wybrana jako technologia, która daje wiele możliwości do realizacji projektu 4DbloodROT. Umożliwi ona przyszłą produkcję wirników o wyjątkowej złożoności biomimetycznej (w kształcie 3D i sztywności (= 4D)), w tym zastosowanie magnesów stałych do bezkontaktowych łożysk.
Jednak aktualnie metoda SLA nie spełnia wymagań koniecznych do wytwarzaniu bezpiecznych urządzeń do kontaktu z krwią. Koniczne jest, aby prace badawczo-rozwojowe doprowadziły do osiągnięcia wyznaczonych celów produktowych przez wybrane ponadnarodowe austriacko-polskie konsorcjum ekspertów naukowych i technicznych: Posiadane możliwości partnerów konsorcjumumożliwi osiągnięcie głównego celu tego projektu, biomimetycznych, dynamicznych, opartych na symulacji mechanicznej i eksperymentalnie sprawdzonych konstrukcji wirników. Umożliwiających minimalnie inwazyjne wszczepialne kardiologiczne pompy krwi do krótkoterminowego wspomagania serca.
Nowa konstrukcja wirnika (Rys. 1) umożliwi osiągnięcie znacznie niższych kosztów urządzeń, dla krajów rozwijających się. Planowane jest wprowadzenie produktu na rynek w 2023/24 po przeprowadzonych badaniach klinicznych i certyfikacji. Aby sprostać temu harmonogramowi, projekt obejmuje chemiczną, mechaniczną, reologiczną, tribologiczną i złożoną charakterystykę biokompatybilności zgodnie z normą ISO 10993.
Te wyniki projektu mają nie tylko duży wpływ z punktu widzenia materiałowego, technologicznego, biomedycznego i ale również komercyjnego na rozwój w Polsce systemów wspomagania serca – ReligaHeart. Ponadto, badania i rozwój w zakresie SLA w odniesieniu do precyzji powierzchni i przetwarzania nanokompozytów mają ogromny wpływ na przyszłą seryjną produkcję.
Rys. 1. Przekrój pomy wirowej wspomagania serca: po lewej: bez wirnika, po pawej: przekrój poprzeczny pompy wspomagania serca z wirnikiem lewitującym
Podziękowanie
grant No. M-ERA.NET2.2017/4/2019, “4 Dimensional Single Piece Miniaturized Blood Rotor”
Po więcej informacji odwiedź profil Instytutu Metalurgii i Inżynierii Materiałowej na Platformie Współpracy LSOS.
Materiały do powyższego artykułu zostały dostarczone przez Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej.