Choroby serca u dzieci to wyzwanie, które wymaga innowacyjnych rozwiązań. Nowoczesne urządzenie wspomagania serca w formie zminiaturyzowanej pompy wirowej ma szansę zrewolucjonizować pediatryczną kardiologię, oferując minimalnie inwazyjne wsparcie dla najmłodszych pacjentów. W ramach Miesiąca Partnera Klastra, którego partnerem w listopadzie jest Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej, dowiedz się, jak nowatorskie technologie mogą poprawić bezpieczeństwo i skuteczność leczenia dzieci z ciężką niewydolnością serca.
Urządzenie wspomagania serca w postaci zminiaturyzowanej, implantowanej małoinwazyjnie pompy wirowej przeznaczonej dla dzieci i młodzieży
Wykonawcy: Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN (Polska) – lider międzynarodowy, Fabryka Narzędzi Medycznych CHIRMED Marcin Dyner (Polska), Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii im. prof. Zbigniewa Religi (Polska), JOANNEUM RESEARCH Forschungsges.m.b.H., Institute for Sensors, Photonics and Manufacturing Technologies (Austria), DIStech Disruptive Technologies GmbH (Austria), Kocaeli University (Turcja)
Celem projektu są nowatorskie technologie produkcyjne umożliwiające fizjologicznie zoptymalizowaną konstrukcję zminiaturyzowanego systemu wspomagania serca (ang. VAD) dla dzieci w wieku >6-9 lat, z dodatkowym zwiększeniem bezpieczeństwa użytkowania dzięki zastosowaniu czujników w urządzeniu w miejscach o podwyższonym najwyższym ryzyku wykrzepiania.
Choroby serca u dzieci mogą być spowodowane różnymi schorzeniami wrodzonymi lub nabytymi. Choroby wrodzone spowodowane nieprawidłowościami w budowie lub funkcji serca występują przy urodzeniu (0,8-1%, ~40 000 przypadków rocznie w UE-27, podobna częstość występowania jak w USA) i prowadzą do maksymalnie 10% śmiertelności w zależności od stopnia zaawansowania choroby (tj. ubytki przegrody międzykomorowej lub międzyprzedsionkowej, tetralogia Fallota, przełożenie wielkich pni tętniczych).
Choroby nabyte są spowodowane przez infekcje, stany zapalne itp. (np. kardiomiopatie z częstością 1 500/rok i śmiertelnością 5-30%, ostre zapalenie mięśnia sercowego z częstością 150/rok i śmiertelnością 1-10%). Dzieci z chorobami serca mogą doświadczać takich objawów, jak trudności w oddychaniu, słaby wzrost, zmęczenie, niebieskawe zabarwienie skóry (sinica) i nieregularne bicie serca.
Ciężkie choroby serca, których nie można wyleczyć za pomocą leków, wymagają operacji serca w celu skorygowania nieprawidłowości strukturalnych, poprawy czynności serca i złagodzenia objawów. Może to obejmować takie procedury jak zamknięcie ubytku przegrody międzykomorowej, naprawa zastawek serca, a nawet przeszczep serca, które obecnie występują jako leczenie końcowe poprzez dużą operację na otwartej klatce piersiowej.
Aby zapobiec śmierci dziecka do czasu operacji serca, te bardzo ostre przypadki, wymagałyby mechanicznego wspomagania serca (ang. Mechanical Heart Support- MHS) jako „pomostu”, tj. około 1.200-1.500 przypadków w UE-27 (szacunki kardiochirurgów z pediatrycznych klinik partnerskich FRK). Taki pomost umożliwia również regenerację mięśnia sercowego poprzez wspieranie funkcji pompowania własnego serca w celu odciążenia serca pacjenta przed operacją.
W przypadku dorosłych, MHS jest dobrze znaną klinicznie terapią w leczeniu ciężkich przypadków schyłkowej niewydolności serca (w celu powrotu do zdrowia, jako pomost do przeszczepu serca lub jako terapia docelowa w przypadku niezakwalifikowania się do przeszczepu). Najnowocześniejsze systemy MHS to urządzenia wspomagające pracę komór (ang Ventricular Assist Device- VAD), tj. małe obrotowe pompy krwi, które są wszczepiane do klatki piersiowej i zużywają tylko niewielką ilość energii w porównaniu do wcześniej stosowanych, pneumatycznych pomp pulsacyjnych.
W pediatrii, na rynku, dostępny jest tylko jeden pulsacyjny MHS (Berlin Heart EXCOR®), który opiera się na zminiaturyzowanej pompie pulsacyjnej dla dorosłych, co ma poważne wady, zwłaszcza ze względu na uciążliwą operację na otwartej klatce piersiowej.
Inne systemy dla dorosłych (np. HeartMate HVAD, Jarvik2000) są stosowane tzw. „off-label”, czyli wszczepienie odbywa się na podstawie specjalnej zgody, prezesa Urzędu Rejestracji Produktów Leczniczych, u dzieci i nastolatków w nagłych wypadkach (w Polsce: 11-13). Nieodpowiedni rozmiar tych tzw. „dorosłych” konstrukcji oraz ich niedopasowanie hydrodynamiczne do ciśnień w jamach serca dzieci prowadzi do częstych powikłań (głównie wykrzepiania krwi).
Obecnie w kardiochirurgii dziecięcej dąży się do minimalnie inwazyjnego leczenia, korzystając z dostępu naczyniowego, ponieważ operacja na otwartej klatce piersiowej (ze sternotomii lub torakotomii bocznej) jest bardzo uciążliwa i obciążająca dla młodych pacjentów. Szczególnie w przypadku dzieci cierpiących na ostrą niewydolność krążenia, z dobrym rokowaniem, pilną potrzebą jest również MHS wszczepialny poprzez małoinwazyjną implantację pompy krwi przez dostęp naczyniowy.
Partner projektu FRK i jego spółka zależna IntraCordis Ltd. jest znanym europejskim producentem systemu MHS (certyfikowany (znak CE) pozaustrojowego systemu wspomagania serca POLCAS®). Obecnie w fazie zaawansowanego projektu znajduje się system osiowej pompy rotacyjnej do implantacji przez dostęp naczyniowego dla dorosłych (system VASC).
System VASC jest w końcowej fazie rozwoju. W oparciu o to rozległe know-how z CFD, w celu optymalizacji urządzenia, naszym kolejnym celem jest opracowanie zminiaturyzowanego i minimalnie inwazyjnego wszczepialnego VAD o przepływie osiowym dla dzieci i nastolatków, aby zminimalizować obciążenie chirurgiczne i psychiczne oraz podążanie za pilnymi potrzebami kardiologii dziecięcej..
Podziękowanie
grant No. KIDmicroBLOODpump M-ERA.NET3/2023/ zaakceptowany do finansowania, “ Miniaturization of impeller pump as minimal invasive implanted mechanical heart assist for children & teenagers”
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.