Bioingenjörer från Trinity har utvecklat ett prototypplåster som gör samma jobb som viktiga aspekter av hjärtvävnad.

Deras plåster motstår de mekaniska kraven och efterliknar de elektriska signalegenskaperna som gör att våra hjärtan pumpar blod rytmiskt runt våra kroppar. Deras arbete tar oss i huvudsak ett steg närmare en funktionell design som kan laga ett brustet hjärta.

En av sex män och en av sju kvinnor i EU kommer att drabbas av en hjärtattack någon gång i livet. Över hela världen, hjärtsjukdom dödar fler kvinnor och män – oavsett ras, än någon annan sjukdom.

Hjärtplåster kantade med hjärtceller kan appliceras kirurgiskt för att återställa hjärtvävnad hos patienter som har fått skadad vävnad borttagen efter en hjärtattack och för att reparera medfödda hjärtfel hos spädbarn och barn.

I sista hand, fastän, Målet är att skapa cellfria plåster som kan återställa hjärtcellernas synkrona slag, utan att försämra hjärtmuskelns rörelse.

Bioingenjörerna rapporterar sitt arbete, som tar oss ett steg närmare en sådan verklighet, i journalen Avancerade funktionella material .

Michael Monaghan, Ussher biträdande professor i biomedicinsk teknik vid Trinity, och senior författare på tidningen, sa:

"Trots vissa framsteg på området, hjärtsjukdomar lägger fortfarande en enorm börda på våra sjukvårdssystem och livskvaliteten för patienter över hela världen. Det påverkar oss alla antingen direkt eller indirekt genom familj och vänner. Som ett resultat, forskare letar kontinuerligt efter att utveckla nya behandlingar som kan innefatta stamcellsbehandlingar, biomaterial gelinjektioner och hjälpmedel."

"Vår är en av få studier som tittar på ett traditionellt material, och genom effektiv design tillåter oss att efterlikna hjärtats riktningsberoende mekaniska rörelse, som kan upprätthållas upprepade gånger. Detta uppnåddes genom en ny metod som kallas 'melt electrowriting' och genom nära samarbete med leverantörer lokaliserade nationellt kunde vi anpassa processen för att passa våra designbehov."

Detta arbete utfördes i Trinity Center for Biomedical Engineering, baserad på Trinity Biomedical Sciences Institute i samarbete med Spraybase, ett dotterbolag till Alectas Ltd. Det finansierades av Enterprise Ireland genom Innovation Partnership Program (IPP).

Dr Gillian Hendy, direktör för Spraybase är medförfattare på tidningen. Dr. Hendy berömde teamet på Trinity för det slutförda arbetet och de framsteg som gjorts med Spraybase Melt Electrowriting (MEW) System.

Framgången som teamet uppnått belyser de potentiella tillämpningarna av denna nya teknologi inom hjärtområdet och fångar kortfattat fördelarna med industri och akademiskt samarbete, via plattformar som IPP.

Tekniska ersättningsmaterial för hjärtvävnad är utmanande eftersom det är ett organ som hela tiden rör sig och drar ihop sig. De mekaniska kraven på hjärtmuskeln (myokardiet) kan inte tillgodoses med polyesterbaserade termoplastiska polymerer, som övervägande är de godkända alternativen för biomedicinska tillämpningar.

Dock, funktionaliteten hos termoplastiska polymerer kan utnyttjas av dess strukturella geometri. Bioingenjörerna började sedan göra en lapp som kunde kontrollera utvidgningen av ett material i flera riktningar och justera detta med hjälp av en teknisk designmetod.

Plåstren tillverkades via smältelektroskrivning - en kärnteknologi i Spraybase - som är reproducerbar, exakt, och skalbar. Plåstren belades också med den elektriskt ledande polymeren polypyrrol för att tillhandahålla elektrisk ledningsförmåga samtidigt som cellkompatibiliteten bibehölls.

Plåstret stod emot upprepade sträckningar, vilket är ett dominerande problem för hjärtbiomaterial, och visade god elasticitet, för att exakt efterlikna den nyckelegenskapen hos hjärtmuskeln.

Professor Monaghan tillade:

"Väsentligen, vårt material möter många krav. Bulkmaterialet är för närvarande godkänt för medicinsk utrustning, designen anpassar sig till det pumpande hjärtats rörelse, och har funktionaliserats för att tillgodose signalering mellan isolerade kontraktila vävnader."

"Denna studie rapporterar för närvarande utvecklingen av vår metod och design, men vi ser nu fram emot att utveckla nästa generations design och material med det slutliga målet att applicera detta plåster som en terapi för en hjärtattack."

Dr Dinorath Olvera, Treenighet, första författare på tidningen, Lagt till:

"Våra elektriskt ledande lappar stödjer elektrisk ledning mellan biologisk vävnad i en ex vivo-modell. Dessa resultat representerar därför ett betydande steg mot att generera en biokonstruerad lapp som kan rekapitulera aspekter av hjärtvävnad - nämligen dess mekaniska rörelse och elektriska signalering."