Texas Heart Institute samarbejder om multi-institutionel DOD-bevilling for at udvikle en ny venstre ventrikulær hjælpeanordning

HOUSTON (Mar 7, 2024) — Texas Heart Institute®, Georgia Institute of Technology (Georgia Tech), North Carolina State University (NC-stat), og Rice University vil samarbejde om at udvikle en roman venstre ventrikelhjælpeanordning (LVAD) som alternativ behandlingsmulighed til hjertetransplantation og langsigtet støtte i slutfasen hjertesvigt. Forskningen er finansieret af et fireårigt 7.8 millioner dollars tilskud tildelt Georgia Tech af det amerikanske forsvarsministerium Congressionally Directed Medical Research Programs (CDMRP) som en del af styrelsens opfordring til udvikling af mindre invasive behandlingsteknologier til kardiovaskulære tilstande forbundet med kardiomyopati. Texas Heart Institute vil modtage cirka 2.94 millioner dollars fra prisen for at finansiere sin rolle i forskningsindsatsen.

 Næsten syv millioner mennesker i USA lider af hjertesvigt, og der er cirka 400,000 hjertesvigt-relaterede dødsfald i dette land hvert år. Patienter med hjertesvigt oplever ofte nedsat mobilitet, livskvalitet og arbejdsevne; sygdommen repræsenterer også en betydelig offentlig sundhedsbyrde. Hjertesvigt er en progressivt forværret sygdom, og der findes ingen effektiv medicin til behandling af hjertesvigt i slutstadiet. Hjertetransplantation, den eneste mulighed for mange patienter, er stærkt begrænset af den begrænsede tilgængelighed af donorhjerter. Som en alternativ terapeutisk mulighed er LVAD-hjertepumper blevet implanteret for at hjælpe patienter med hjertesvigt i slutstadiet med at opretholde blodcirkulationen i kroppen.

Der er dog mangler forbundet med LVAD-implantation: komplikationer omfatter infektion, blodpropper (trombose), slagtilfælde og blødning. Mange af disse problemer er relateret til blodskader forårsaget af de implanterede enheder og skal behandles gennem invasive operationer. Derudover bruger nuværende LVAD'er drivliner placeret gennem huden (dvs. perkutan) til at drive enheden; disse drivlinjer kan forårsage infektion, hvilket fører til genindlæggelse og yderligere operationer. Selvom der ikke er nogen infektion, reducerer en drivline patienternes mobilitet betydeligt og forringer derved deres livskvalitet.

Målet med det nye forskningsprojekt er at afhjælpe flere af disse mangler forbundet med nuværende LVAD'er, hvilket gør LVAD-terapi mere effektiv og mindre invasiv. Samarbejdspartnerne foreslår forbedringer af enhedsdesign, der vil reducere blodskader, dannelse af blodpropper og komplikationer til drivlinjen, såsom infektion og mobilitetsbegrænsninger. Efterforskerne vil udnytte en tværfaglig tilgang, der involverer fire forskningsgrupper med komplementær teknisk ekspertise og et panel af kardiologer fra US Department of Veterans Affairs. Holdene vil kombinere innovative tekniske designs, antitrombotiske glatte hydrofile (SLIC) belægninger, trådløse kraftoverførselssystemer, magnetisk svævende køresystemer og præklinisk enhedstest for at nå deres mål.

Den overordnede indsats vil blive ledet af hovedefterforsker Lakshmi P. Dasi, PhD, Rozelle Vanda Wesley Professor i Wallace H. Coulter Institut for Biomedicinsk Teknik og direktør for Kardiovaskulær væskemekanisk laboratorium hos Georgia Tech. Han er ekspert i protetiske hjerteklapper og kardiovaskulær biomekanik, biomaterialer og enheder. Dr. Dasis gruppe vil bruge computersimuleringer til at redesigne LVAD-komponenter for at reducere blodskader og koaguleringsrisiko. Blodpropper dannes ofte, hvor blodet kommer ind i LVAD, fordi blodgennemstrømningen bremses der og bliver forstyrret (kaldet stasis). Et nyt fleksibelt stentet blodindtag vil tilpasse sig formen på patientens hjerte for at forhindre flowstase og koagulering. Stentmaterialet vil fremme væksten af ​​patientens egne endotelceller ind i indløbet, hvilket yderligere reducerer risikoen for koageldannelse. Forskerne vil også designe unikke fleksible rotorer og foringsrør, der vil reducere blodskader.

Arun Kumar Kota, ph.d., lektor i Institut for Mekanik og Rumfartsteknik hos NC State, er ekspert i bioinspirerede og biokompatible overflader og biomaterialevidenskab. Dr. Kota's forskningsgruppe vil bruge nye, glatte SLIC-belægninger baseret på islignende hydreringslag for at reducere friktionen mellem blodet og LVAD-komponenterne for at forhindre koageldannelse. Belægningerne skal forhindre, at blodproteiner involveret i koagulationsprocessen klæber til den belagte overflade, hvilket yderligere reducerer koagulationsrisikoen. Belægningen vil blive påført på LVAD-pumpens mere blod-kompatible pumpehjulsrotor, som i øjeblikket er under design af Dr. Dasis gruppe.

Joseph R. Cavallaro, ph.d., professor i afdelingerne for Elektroteknologi og Computer Engineering og Computer Science hos Rice, er ekspert i meget storskala integration (VLSI) systemdesign og signalbehandling, trådløs kommunikation og computeringeniørsystemer. For at eliminere behovet for en drivlinje, der trænger ind i huden, har Dr. Cavallaro's gruppe vil udvikle en ekstern strømkilde - et bærbart, genopladeligt batteri - og en sender til trådløst at drive den implanterede pumpe. Systemet vil også omfatte en kommunikationsforbindelse til centrifugalpumpen for at give feedback til det eksterne strømsystem.

Medefterforsker Mehdi Razavi, MD er en klinisk elektrofysiolog og direktør for Elektrofysiologi, klinisk forskning og innovation afdeling ved The Texas Heart Institute og en adjungeret lektor i afdelingerne for Bioteknik og elektro- og computerteknik hos Rice. Han og hans team vil samarbejde med Dr. Cavallaros gruppe for at udvikle computeralgoritmer til at overvåge hjertets elektriske ledning og modificere LVAD-pumpens funktion efter behov.

Åh Frazier, MD, direktør for Center for Præklinisk Kirurgisk & Interventionel Forskning ved The Texas Heart Institute, er en kardiothoraxkirurg, der har ydet banebrydende bidrag til området for mekanisk kredsløbsstøtte og behandling af patienter med hjertesvigt. Dr. Fraziers team, inklusive medforsker Yaxin Wang, PhD, direktør for Innovative Device & Engineering Applications (IDEA) Lab på Texas Heart Institute, og hendes gruppe vil designe og evaluere et nyt LVAD-drevsystem med magnetisk leviterede lejer. Det berøringsfrie lejesystem vil mindske risikoen for blodpropper og blodskader. Gruppen vil teste det overordnede SLIC LVAD-system udviklet af det større samarbejdende team i en laboratorie-bænk-baseret blodgennemstrømningsløkke og i prækliniske modeller for at måle LVAD's blodkompatibilitet og overordnede ydeevne.

Når den er afsluttet og evalueret til brug hos patienter gennem kliniske forsøg og den regulatoriske godkendelsesproces, kunne denne nye LVAD give en meget mindre invasiv form for langsigtet støtte til patienter med hjertesvigt, til gavn for militæret, veteraner og offentligheden. SLIC LVAD har også potentialet til i høj grad at forbedre livskvaliteten for patienter, der har brug for kredsløbsstøtte. Det er vigtigt, at mange af de innovative teknologier, der er udviklet i løbet af projektet, såsom trådløs strømoverførsel til medicinsk udstyr og belægninger for at forhindre blodpropper, kan oversættes til andre applikationer.

Joseph G. Rogers, MD, hjertesvigtspecialist og præsident og administrerende direktør for The Texas Heart Institute, sagde: "Texas Heart Institute fortsætter med at være et førende center for innovation inden for mekaniske kredsløbsstøttesystemer. Denne pris vil fremme udviklingen og afprøvningen af ​​SLIC LVAD, en enhed, der er beregnet til at give en mulighed for en sårbar patientpopulation og et andet værktøj i armamentarium for hjertesvigtholdene verden over."

Arbejdet blev støttet af den assisterende forsvarsminister for sundhedsanliggender godkendt af forsvarsministeriet til et beløb på $7,836,599 gennem Department of Defense Health Program, kongresstyrede medicinske forskningsprogrammer, Peer Reviewed Medical Research Program, Focused Program Award under pris nr. HT94252310663. Udtalelser, fortolkninger, konklusioner og anbefalinger er forfatterens og er ikke nødvendigvis godkendt af den assisterende forsvarsminister for sundhedsanliggender eller forsvarsministeriet.