När du drabbas av en hjärtattack, en del av ditt hjärta dör. Nervceller i hjärtats vägg och en speciell klass av celler som spontant expanderar och drar ihop sig – håller hjärtat slå i perfekt synkronicitet – går förlorade för alltid. Kirurger kan inte reparera det drabbade området. Det är som om när man konfronteras med en väg full av gropar, man överger det som finns och bygger en ny väg istället.

Naturligtvis, detta är ett grovt ineffektivt sätt att behandla det enskilt viktigaste organet i människokroppen. Det bästa tillvägagångssättet skulle vara att ta reda på hur man återupplivar det dödade området, och i denna strävan, en grupp forskare vid Brown University och i Indien kan ha ett svar.

Forskarna vände sig till nanoteknik. I ett labb, de byggde en ställningsliknande struktur bestående av kolnanofibrer och en regeringsgodkänd polymer. Tester visade att den syntetiska nanopatchen regenererade naturliga hjärtvävnadsceller – kallade kardiomyocyter – såväl som neuroner. Kortfattat, testerna visade att en död del av hjärtat kan väckas till liv igen.

"Hela den här idén är att placera något där död vävnad ska hjälpa till att regenerera den, så att du så småningom har ett friskt hjärta, sa David Stout, en doktorand vid School of Engineering i Brown och huvudförfattaren till tidningen publicerad i Acta Biomaterialia .

Tillvägagångssättet, om det lyckas, skulle hjälpa miljontals människor. År 2009, cirka 785, 000 amerikaner drabbades av en ny hjärtattack kopplad till svaghet orsakad av den ärrade hjärtmuskeln från en tidigare hjärtinfarkt, enligt American Heart Association. Lika olycksbådande, en tredjedel av kvinnorna och en femtedel av männen som har upplevt en hjärtinfarkt kommer att få ytterligare en inom sex år, forskarna tillade, med hänvisning till American Heart Association.

Det unika med experimenten på Brown och vid India Institute of Technology Kanpur är ingenjörerna som använt kolnanofibrer, spiralformade rör med diametrar mellan 60 och 200 nanometer. Kolnanofibrerna fungerar bra eftersom de är utmärkta ledare av elektroner, utföra den typ av elektriska anslutningar som hjärtat förlitar sig på för att hålla ett jämnt slag. Forskarna sydde ihop nanofibrerna med hjälp av en polymjölk-samglykolsyrapolymer för att bilda ett nät som var cirka 22 millimeter långt och 15 mikrometer tjockt och liknade "ett svart bandhjälpmedel, ", sa Stout. De lade nätet på ett glassubstrat för att testa huruvida kardiomyocyter skulle kolonisera ytan och odla fler celler.

I tester med kolnanofibrer med en diameter på 200 nanometer som ympats med kardiomyocyter, fem gånger så många hjärtvävnadsceller koloniserade ytan efter fyra timmar än med ett kontrollprov som endast bestod av polymeren. Efter fem dagar, ytans densitet var sex gånger större än kontrollprovet, rapporterade forskarna. Neurontätheten hade också fördubblats efter fyra dagar, lade de till.

Ställningen fungerar eftersom den är elastisk och hållbar, och kan därmed expandera och dra ihop sig ungefär som hjärtvävnad, sa Thomas Webster, docent i teknik och ortopedi vid Brown och motsvarande författare på tidningen. Det är på grund av dessa egenskaper och kolnanofibrerna som kardiomyocyter och neuroner samlas på ställningen och skapar nya celler, i själva verket förnyar området.

Forskarna vill justera ställningsmönstret för att bättre efterlikna hjärtats elektriska ström, samt bygga en in vitro-modell för att testa hur materialet reagerar på hjärtats spänning och slagregim. De vill också se till att kardiomyocyterna som växer på byggnadsställningarna är utrustade med samma förmågor som andra hjärtvävnadsceller.