Rice University och Texas Heart Institute forskare studerar användningen av mjuka, flexibla fibrer gjorda av kolnanorör för att återställa elektrisk ledningsförmåga till skadad hjärtvävnad.

Med stöd från American Heart Association, dessa institutioner kommer att testa fibrernas förmåga att överbrygga elektriska luckor i vävnad orsakade av hjärtarytmier som drabbar mer än 4 miljoner amerikaner varje år.

Ett bankande hjärta styrs av elektriska signaler som får dess vävnader att dra ihop sig och slappna av. Ärr i hjärtvävnaden leder lite eller ingen elektricitet. Mjuk, mycket ledande fibrer erbjuder ett sätt att komma runt dessa luckor.

"De är som förlängningssladdar, sa Mehdi Razavi, chefen för elektrofysiologisk klinisk forskning vid Texas Heart Institute och projektets ledande utredare. "De tillåter oss att plocka upp laddning från ena sidan av ärret och leverera den till den andra sidan. vi kortsluter kortslutningen."

Nanorörsfibrerna som utvecklats på Rice av kemisten och kemiingenjören Matteo Pasqualis labb är ungefär en fjärdedel av tjockleken på ett människohår. Men även en tumlång bit av materialet innehåller miljontals nanorör, mikroskopiska cylindrar av rent kol som upptäcktes i början av 1990-talet.

Även om fibrerna utvecklades för att ersätta de mil av kablar i kommersiella flygplan för att spara vikt, deras potential för medicinska tillämpningar blev snabbt uppenbara, sa Pasquali.

"Vi designade inte fibern för att vara mjuk, men det visar sig vara mekaniskt väldigt lik en sutur, ", sa han. "Och den har alla elektriska funktioner som behövs för en applikation som denna."

Eftersom fibrerna är mjuka, flexibel och extremt tuff, de förväntas vara mycket mer lämpade för biologiska tillämpningar än metalltrådarna som används för att leverera ström till enheter som pacemakers. De har redan visat potential för att hjälpa personer med Parkinsons sjukdom som behöver hjärnimplantat för att behandla sitt neurologiska tillstånd.

"Människor som utvecklas till hjärtsvikt kan ha bildandet av ärrvävnad med tiden, sa Mark McCauley, en hjärtelektrofysiolog vid Texas Heart Institute. "Det finns många olika sätt ärrbildning kan påverka ledning i hjärtat. På senare tid har vi varit mest intresserade av utvecklingen av ärrbildning efter hjärtinfarkt, men vi tror att den här fibern kan hjälpa oss att behandla alla typer av hjärtarytmier och elektriska ledningsproblem."

"Metaltrådar i sig kan orsaka ärr i vävnad, sa Flavia Vitale, en forskare i Pasqualis labb som utvecklar applikationer för nanorörsfiber. "Om du funderar på att föra in en nål i huden, så småningom kommer din hud att reagera och helt isolera den, för den är stel. Det bildas ärr runt nålen.

"Men dessa fibrer är unika, " sa hon. "De är mindre och mer flexibla än ett människohår och så starka att de kan motstå böjtrötthet på grund av hjärtats konstanta slag."

Vitale noterade att fibrernas låga impedans (dess motstånd mot ström) tillåter elektricitet att flytta från vävnad till bro och tillbaka med lätthet, mycket bättre än med metalltrådar.

Forskarna testar fibrernas biokompatibilitet men hoppas att mänskliga försök inte är mer än några år bort.

Razavi sa ett kassaskåp, effektivt sätt att leda elektricitet genom ärrad hjärtvävnad kommer att revolutionera behandlingen. "Skulle dessa mer omfattande studier bekräfta våra första resultat, ett paradigmskifte i behandlingen av plötslig hjärtdöd kommer att vara inom räckhåll, eftersom den underliggande orsaken till dessa händelser för första gången kan korrigeras på permanent basis, " han sa.

Pasquali sa att han är glad över att se ett nytt sätt på vilket nanoteknik, som Rice är känt för, kan hjälpa till att rädda liv. "Vi har varit glada från början att lära oss om varandras områden och komma på användningsområden för materialet, " sa han om sin vänskap - och nu samarbete - med Razavi. "Vi är fast beslutna att hitta sätt att behandla snarare än att hantera sjukdomar."