Исследователи сосредоточились на митральной регургитации — заболевании, при котором клапан между левыми камерами сердца не закрывается должным образом, что приводит к негерметичности сердечного клапана, при котором кровь может течь в обратном направлении. Это состояние, от которого страдают 24,2 млн человек во всем мире, может вызывать одышку, отеки конечностей и сердечную недостаточность. Учитывая сложность структуры клапана, операции по исправлению этого заболевания очень сложные, что подчеркивает необходимость эффективных технологий и точных хирургических техник.

Для более глубокого изучения функционирования митрального клапана в здоровом состоянии и при заболеваниях, исследовательская команда разработала биороботизированную модель сердца на основе сердца свиньи. Исследователи заменили сердечную мышцу в левой камере мягкой роботизированной насосной системой из силикона, приводимой в действие воздухом. Эта модель, заполняемая воздухом, воспроизводит сокращение и сжатие сердца, эффективно перекачивая искусственную кровь через систему кровообращения и имитируя ритмическое сокращение биологического сердца.

Когда команда повредила митральный клапан в сердце биоробота, оно показало признаки негерметичного сердечного клапана. Затем команда попросила кардиохирургов исправить повреждение тремя методами: закрепить подвижную ткань створки клапана искусственными хордами, заменить клапан протезом или имплантировать устройство, помогающее закрыть створку клапана.

Все три процедуры прошли успешно — давление, кровоток и работа сердца нормализовались. Исследователи смогли собирать данные в режиме реального времени во время операции. Модель была совместима с современными технологиями визуализации, используемыми в клиниках. В биороботическом сердце искусственная кровь прозрачна, что обеспечивает прямую визуализацию процесса.

«Симулятор имеет огромное преимущество в качестве исследовательского инструмента для тех, кто изучает различные состояния сердечного клапана и вмешательства. Он может служить платформой хирургического обучения для врачей, студентов-медиков и стажеров, а также позволит инженерам изучать новые конструкции и даже поможет пациентам лучше понять собственное заболевание и потенциальные методы лечения», — говорит старший автор и биомедицинский инженер Эллен Рош из Массачусетского технологического института.

Команда планирует оптимизировать биороботическое сердце, сократить время производства и увеличить срок годности. Вместо использования свиного сердца они также изучают технологию 3D-печати, чтобы воссоздать для системы синтетическое человеческое сердце.