In den letzten Jahren hat sich die Wissenschaft und Kunst der Prothetik rasant entwickelt, und die Forschung auf dem Gebiet der weichen Robotik war besonders interessant. Dieselben Methoden, die bei der Konstruktion von Roboterarmen verwendet werden, tragen dazu bei, komplexere und subtilere Designs zu erstellen, einschließlich des Herzens.
Ein gut funktionierendes künstliches Herz ist eine Notwendigkeit: Weltweit leiden etwa 26 Millionen Menschen an Herzinsuffizienz, und Spendern fehlen Organe. Künstliche Pumpen, die Blut pumpen, verkürzen die Wartezeit, bis der Patient das Herz des Spenders erhält oder seine eigene Arbeit wiederherstellt.
Effektive Roboter, die ein so wichtiges Organ wie das Herz vollständig ersetzen, gibt es heute nicht mehr. Es gibt jedoch nützliche Entwicklungen, die die Funktionen des Herzens teilweise wieder auffüllen. Beispielsweise wird eine weiche Roboterkupplung,
die von Forschern der Harvard University und des Boston Children's Hospital entwickelt wurde, genau entlang der Konturen des Herzens hergestellt und umgibt und dann auf den Takt des natürlichen Rhythmus reduziert, um dem Körper bei der Bewältigung der Arbeit bei Herzinsuffizienz zu helfen.
In der Schweiz ist es Wissenschaftlern gelungen
, ein künstliches menschliches Herz zu
schaffen , das dem realen so nahe wie möglich kommt. Das Silikonmodell wurde von Doktorand Nicholas Cohrs unter der Leitung von Wendelin Stark, Professor für Funktionsmaterialien an der
Schweizerischen Technischen Hochschule in Zürich, entwickelt .
Es gibt viele Gründe, warum Wissenschaftler versuchen, die natürlichen Formen und Funktionen des Herzens in einem künstlichen Implantat wiederherzustellen. Bei den heute verwendeten Pumpen gibt es Nachteile: Ihre Metall- und Kunststoffmechanismen lassen sich nach der Transplantation in einigen Fällen nur schwer in natürliches Gewebe integrieren, und der Patient hat keinen physiologischen Puls. Ziel der Wissenschaftler ist es daher, ein solches künstliches Herz zu schaffen, das in Form und Funktion möglichst organisch ist.
Die Forscher druckten ein weiches künstliches Herz aus Silikon unter Verwendung der Wachsgusstechnologie, wodurch sie eine komplexe innere Struktur erzeugen konnten, während die Weichheit und Flexibilität des Ausgangsmaterials erhalten blieb. Das Herz selbst ist ein Monoblock, sodass Sie sich keine Gedanken darüber machen müssen, wie die mechanischen Teile des Herzens mit dem Körpergewebe interagieren, mit Ausnahme der Eingangs- und Ausgangsarterien, durch die das Blut zum Implantat gelangt.
Ein solches Herz mit einem Volumen von 679 cm
3 wiegt 390 Gramm. Zum Vergleich: Das durchschnittliche Herzgewicht einer Person beträgt 331 Gramm. Das Modell besteht aus dem rechten und dem linken Ventrikel, die nicht durch eine Trennwand, sondern durch eine zusätzliche Kammer getrennt sind. Druckluft strömt durch diese Kammer, die Flüssigkeit von einer Kammer zur anderen pumpt und die Kontraktion der Muskeln des menschlichen Herzens simuliert.
Eine andere Gruppe von Forschern schätzte die Arbeit dieses künstlichen Herzens. Wissenschaftler haben bestätigt, dass es wie ein menschliches Herz funktioniert und sich zusammenzieht. Trotzdem hat er immer noch ein Problem: Jetzt hält das Modell etwa dreitausend Hüben stand - 30-45 Minuten Dauerbetrieb, und dann hält das Material Verformungen nicht stand.
Kors erklärt, dass ihr Ziel nicht darin bestand, sich ein Herz für die Implantation vorzustellen, sondern eine neue Richtung für die Entwicklung künstlicher Herzen einzuschlagen. Natürlich planen sie, die Festigkeit und Leistung des Materials deutlich zu steigern.
Alle Arbeiten wurden im Rahmen des Zurich Heart Project an der Medizinischen Universität Zürich durchgeführt. Insgesamt arbeiten hier 20 Forschungsgruppen aus verschiedenen Institutionen Zürichs und Berlins. Ein Teil der Forschung konzentriert sich auf die Verbesserung bestehender Blutpumpen, beispielsweise auf die Reduzierung von Blutschäden, die durch die mechanischen Teile der Pumpe verursacht werden. Ein anderes Team untersucht elastische Membranen und andere biokompatible Materialien und Oberflächen.
Hier wurde eine Umgebung zum Testen künstlicher Herzen entwickelt, mit der Sie das menschliche Herz-Kreislauf-System simulieren können. Das Team von Kors verwendete es für seinen Entwicklungsprozess, zu dem auch die Arbeit mit einer Flüssigkeit gehörte, deren Viskosität mit menschlichem Blut vergleichbar ist.
doi:
10.1111 / aor.12956