Nowe podejście do chorób serca – modelowanie mechaniki zastawki aortalnej na mikrochipie

Naukowiec z Kennesaw State otrzymuje grant American Heart Association na badania nad chorobami zastawek serca

Profesor inżynierii mechanicznej Philippe Sucosky z Kennesaw State University zdobył prestiżowy grant American Heart Association (AHA) Institutional Enhancement Award na rozwój swoich badań nad chorobą zastawki aortalnej dwupłatkowej i możliwościami jej leczenia.

Projekt zatytułowany „Nowatorska mikrobiologiczna zastawka na chipie do wyjaśnienia mechanicznej etiologii choroby zastawki aortalnej dwupłatkowej” koncentruje się na stworzeniu urządzenia, które odtworzy strukturę i funkcję tej wady serca. Badanie ma na celu analizę wpływu nietypowego obciążenia mechanicznego na zastawkę, które prowadzi do jej przedwczesnego zwapnienia i poważnych problemów zdrowotnych.

Zespół badawczy Sucosky’ego w Multi-Scale Cardiovascular Bioengineering Laboratory (MSCBL) rozwija zaawansowane urządzenie in vitro, które symuluje warunki panujące zarówno w prawidłowej, jak i dwupłatkowej zastawce aortalnej. Dzięki temu naukowcy mogą zrozumieć biologiczne mechanizmy przyspieszonej degeneracji zastawki, co może prowadzić do odkrycia nowych metod leczenia lub sposobów spowolnienia progresji choroby.

Choroba zastawki aortalnej dwupłatkowej – poważny problem zdrowotny

Choroba zastawki aortalnej dwupłatkowej dotyka osoby urodzone z wadliwą zastawką, która różni się od normalnej budowy serca. W zdrowym organizmie wapnienie zastawki serca rozpoczyna się zwykle około 65. roku życia, jednak u pacjentów z dwupłatkową zastawką aortalną objawy mogą pojawić się już w wieku 30 lat. Wczesna degeneracja prowadzi do konieczności wymiany zastawki, a ponieważ protezy mają ograniczoną żywotność, pacjenci często muszą przechodzić kilka operacji w ciągu swojego życia.

„To schorzenie stanowi ogromne obciążenie dla pacjentów, którzy już od młodego wieku muszą mierzyć się z kolejnymi operacjami” – mówi Sucosky, wykładowca Southern Polytechnic College of Engineering and Engineering Technology. „Naszym celem jest zrozumienie mechanizmów wapnienia i znalezienie sposobów na jego spowolnienie, a nawet całkowite zatrzymanie tego procesu”.

Badania Sucosky’ego zyskały uznanie nie tylko ze strony American Heart Association, ale również w środowisku akademickim KSU. Dziekan Southern Polytechnic College of Engineering and Engineering Technology, Lawrence Whitman, podkreślił znaczenie tej pracy dla nauki i medycyny:

„Badania dr. Sucosky’ego to doskonały przykład wpływu inżynierii na rozwój nauk biomedycznych i medycyny” – powiedział Whitman. „Jego praca nie tylko poszerza granice wiedzy o chorobach serca, ale może także zmienić życie pacjentów, oferując nowe metody leczenia”.

Nowatorskie podejście – „zastawka na chipie”

Hipoteza badawcza zakłada, że nietypowy kształt zastawki dwupłatkowej powoduje nieprawidłowy przepływ krwi, który prowadzi do zwiększonego obciążenia mechanicznego, a w konsekwencji – agresywnego zwapnienia. Aby to zbadać, laboratorium Sucosky’ego opracowuje innowacyjne urządzenie „zastawka na chipie”, które odtworzy siły mechaniczne i przepływ krwi w ludzkiej zastawce.

Dzięki temu badacze będą mogli precyzyjnie analizować, jak mechaniczne obciążenie wpływa na procesy biologiczne w tkance zastawki. „Nasza praca może doprowadzić nie tylko do lepszego zrozumienia zwapnienia zastawki dwupłatkowej, ale także do odkrycia nowych metod leczenia chorób sercowo-naczyniowych” – mówi Sucosky.

Jeżeli badania potwierdzą założenia naukowców, w przyszłości możliwe będzie opracowanie terapii farmakologicznych, które zatrzymają proces wapnienia, eliminując konieczność powtarzanych operacji.

Finansowanie i perspektywy dalszych badań

Grant AHA, opiewający na niemal 200 000 dolarów na dwa lata, znacząco wesprze prace zespołu badawczego MSCBL. W projekcie biorą udział także studenci studiów licencjackich, którzy pomagają w projektowaniu i testowaniu urządzenia, a także współpracownicy, m.in. dr Kartik Balachandran z University of Arkansas, który wcześniej prowadził podobne badania.

„Współpraca między inżynierami, biologami i klinicystami jest kluczowa” – podkreśla Sucosky. „Musimy badać mechaniczne siły w kontekście układów biologicznych, aby uzyskane wnioski mogły posłużyć zarówno do opracowania nowych terapii, jak i do udoskonalenia metod chirurgicznych”.

W kolejnych etapach badań Sucosky planuje rozszerzyć zakres eksperymentów na inne choroby układu sercowo-naczyniowego, takie jak tętniaki i miażdżyca, które również mogą być związane z nieprawidłowymi siłami mechanicznymi. „Naszym długoterminowym celem jest stworzenie wszechstronnego narzędzia do badania różnych schorzeń układu krążenia i poszerzenie wiedzy na temat ich przyczyn i możliwych terapii” – podsumowuje naukowiec.

Źródło: Kennesaw State University