När en hjärtinfarkt inträffar, muskler i hjärtvävnaden kan vara ärriga, stör elektrisk aktivitet som är nödvändig för hälsosam hjärtfunktion. Läkemedelsbehandlingar finns tillgängliga som lindrar ytterligare skador, men dessa leder inte till vävnadsregenerering. Användning av konstgjorda material för att lappa eller bygga om skadade delar har prövats men först nyligen har arbete fokuserats på de elektriska egenskaper som behövs för korrekt hjärtoperation.

Under den här veckan APL Bioengineering utredare granskar användningen av elektriskt ledande biomaterial för hjärtreparation och behandling. Utredarna övervägde tre sätt på vilka dessa material kan användas:att skapa ställningar på vilka hjärtceller kan regenerera, att göra elektriskt ledande lappar för att reparera skadad vävnad, och för att producera injicerbara hydrogeler för att bära läkemedel till specifika hjärtregioner.

Ett friskt hjärta slår när celler i myokardet drar ihop sig. Myokardiet består av exakt orienterade fibrer, så sammandragningen sker på ett vridande sätt. Sammandragningarna utlöses av en elektrisk signal från specialiserade celler som kallas sinoatrial nod. Denna signal sprids genom hjärtmuskeln till hjärtmuskeln, om den inte möter ärrvävnad. Ärret, som fungerar som en elektrisk isolator, kan stoppa denna signal, stör sammandragning.

Utredare utvecklar nu elektriskt ledande material för att övervinna detta problem med ärrvävnad genom att matcha de elektriska konduktansegenskaperna hos nativt myokard. De materialtyper som granskas i detta papper inkluderar små rör eller kolplåtar; små metalliska nanopartiklar, vanligtvis av silver eller guld; metallkarbider, inklusive den ofta använda titankarbiden; och polymerer (plast) dopade med speciella ämnen som gör att de kan leda elektricitet.

Allt främmande material som införs i kroppen måste vara biokompatibelt för att undvika både kort- och långtidstoxicitet. Vissa toxicitetsproblem är subtila. Silver nanopartiklar, till exempel, har en storleksberoende toxicitet vid leverans till lungorna. För många av dessa material, giftighet, särskilt långsiktigt, har ännu inte utvärderats. Dock, vissa av dessa ämnen kan ge fördelaktiga effekter. Till exempel, vissa metallkarbider som kallas MXene kan vara antiinflammatoriska.

Medförfattare Michael Monaghan föreslår att "en polymer som kallas PEDOT kan vara den mest lämpliga för elektriskt ledande transplantat eller byggnadsställningar, eftersom det kan tillverkas till 3D-strukturer utan olika stödmaterial. "Utredarna föreslår också att några av PEDOTs toxiska egenskaper kan förhindras genom att mer fullständigt rena materialet när det förbereds. Ytterligare studier behövs.