En ny studie av forskare vid McGill University har mätt de dynamiska fysikaliska egenskaperna hos den mänskliga aortan, lägga grunden för utvecklingen av transplantat som kan efterlikna det naturliga beteendet hos människokroppens största artär.

Marco Amabili, en professor i Canada Research Chair vid McGills avdelning för maskinteknik och hans team använde sin experimentella design för att fastställa hur Dacron ympar, används som kärlproteser för att ersätta defekta aortor, mäta sig med verkliga. Polyestergraften, de hittade, är extremt styva och expanderar inte när hjärtat trycker blod genom dem.

"Eftersom transplantaten inte expanderar alls, de orsakar flera kardiovaskulära problem för patienter, "Amabili sa." Det motsvarar att implantera en sjuk aorta istället för en frisk. "

Forskarna använde lasrar för att mäta den dynamiska förskjutningen av mänskliga aortor - erhållna från hjärtan som skördats för transplantationer - fäst vid en modellcirkulationsögla som är utformad för att efterlikna det pulserande blodflödet som genereras av hjärtslag.

Resultaten, nyligen publicerad i tidningen Fysisk granskning X , visade att expansionskapaciteten hos en aorta varierar mycket med ålder - aortor hos yngre givare kan expandera till cirka 10 % av deras omkrets medan de hos äldre givare bara kan expandera upp till 2 %. Expansionen har en liten fördröjning med avseende på pulserande tryck, vilket gör blodflödet mer enhetligt; denna fördröjning minskar med åldern.

"Den mänskliga aortans dynamiska beteende var dåligt förstått. Det vi visste erhölls med hjälp av invasiva katetrar för att samla ultraljudsmätningar av aortas rörelse hos människor medan deras blodtryck mättes så datan var begränsad till vilotillstånd, "sade Amabili, som också är studiens seniorförfattare. "Våra experiment kunde simulera effekterna av blodtryck och flöde på aorta för att förstå hur det reagerar i både viloläge eller under kraftig träning."

Studien kommer att ge avgörande information om de material som behövs för att utforma en ny generation aortaproteser med liknande biomekaniska egenskaper som hos mänskliga aortor.

"Denna forskning kan avsevärt förbättra patienternas livskvalitet, särskilt för dem som har implanterat i unga år eftersom de kommer att genomgå en efterföljande operation under hela livet för att byta ut transplantaten när de börjar misslyckas, "förklarade Isabella Bozzo, en tidigare masterstudent i Amabilis lab och medförfattare på pappret. "Dessa operationer är extremt invasiva och återhämtningen är smärtsam, så vi vill utveckla transplantat som ger dem den bästa chansen att lyckas, genom att minimera framtida kirurgi och reproducera hemodynamiken hos friska aortor. "

Utökad kunskap om dynamiken hos den mänskliga aortan bör också ge ovärderliga ledtrådar för att förstå utvecklingen och utvecklingen av många vaskulära patologier, såsom aterosklerotisk plack, aortaaneurysmer och dissektioner.