Wissenschaftler haben ein lebendes Roboterherz geschaffen: Es schlägt wie ein echtes Herz
Können Sie sich ein halb-menschliches Herz vorstellen? Einem Team von Wissenschaftlern ist es gelungen, es Wirklichkeit werden zu lassen. Aber was ist das Ziel und welche Funktion hat es? Finden wir es gemeinsam heraus.
Das biorobotische Herz schlägt wie ein menschliches Herz: Wozu dient es?
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Einer Forschergruppe ist es gelungen, ein biorobotisches Herz zu schaffen, indem sie ein biologisches Herz mit einer Roboter-Silikonpumpe kombiniert hat. Das Ganze hat einen ausgesprochen futuristischen Beigeschmack und könnte vielleicht beängstigend sein, aber die enormen und ständig wachsenden Fortschritte in diesem Bereich werden uns zu immer unglaublicheren Entwicklungen führen. Das betreffende Herz ist in der Lage, wie ein echtes Herz zu schlagen: Das Team konzentrierte sich auf eine Herzklappe auf der linken Seite des Herzens und stellte seine Simulation in einer veröffentlichten Studie vor.
Der Simulator ist in der Lage, sowohl die Struktur als auch die Funktion eines gesunden oder geschädigten Herzens nachzubilden und dessen Bewegungen zu imitieren. Ellen Roche, biomedizinische Ingenieurin am Massachusetts Institute of Technology und Hauptautorin der Studie, sagte: "Der Simulator hat einen großen Vorteil als Forschungsinstrument für diejenigen, die verschiedene Zustände und Eingriffe an Herzklappen untersuchen. Er kann als chirurgische Trainingsplattform für Ärzte, Medizinstudenten und Auszubildende dienen, Geräteingenieuren ermöglichen, ihre neuen Designs zu studieren, und sogar Patienten helfen, ihre Krankheit und mögliche Behandlungen besser zu verstehen."
Biorobotisches Herz, lange Haltbarkeit und eine Studie zur Mitralklappeninsuffizienz
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Das ist ein Instrument, das es ermöglicht, die Herzchirurgie zu verfeinern, und das die Möglichkeit bietet, unser Herz genauer zu untersuchen und neue Lösungen für therapeutische Ansätze zu finden. Wenn neue Eingriffsmethoden entwickelt werden, werden sie in der Regel durch zahlreiche Simulationen und Versuche an Meerschweinchen ausführlich getestet. Die bisher verfügbaren Herzsimulatoren haben jedoch mehrere Einschränkungen, angefangen bei der Haltbarkeit, die nur zwei bis vier Stunden beträgt. Außerdem dauern die Anwendungen im Labor sehr lange, sind teuer und Ansätze, die sich im Tierversuch bewähren, sind nicht immer gleichermaßen für den Menschen geeignet.
Mit dem biorobotischen Herz werden diese Hindernisse überwunden: Seine Lebensdauer beträgt mehrere Monate und nicht nur wenige Stunden wie bei den bisher entwickelten Lösungen, was die Kosten amortisiert und längere Versuchszeiten garantiert. Die Wissenschaftler widmeten sich vor allem einer Störung: der Mitralinsuffizienz. Dies ist eine Erkrankung, bei der die Klappe zwischen den linken Herzkammern nicht mehr richtig schließt. Die Folge ist, dass das Blut während der Herzkammerkontraktion wie bei einer Regurgitation durch die Mitralklappe zurückfließt. Von diesem Problem sind weltweit etwa 24 Millionen Menschen betroffen, und es kann zu sehr schwerwiegenden Folgen wie Schwellungen der Arme oder Beine, Kurzatmigkeit und Herzversagen führen.
Die Mitralklappe hat eine sehr komplizierte und komplexe Struktur, die eine Operation äußerst heikel und schwierig macht, weshalb die Erforschung neuer Eingriffsmethoden notwendig ist.
Neue chirurgische Verfahren mit Hilfe des biorobotischen Simulators: die nächsten Schritte
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Zur Herstellung des biorobotischen Herzens, mit dem die Mitralklappe sowohl unter gesunden als auch unter ungesunden Bedingungen untersucht werden kann, verwendete das Wissenschaftlerteam das Herz eines Schweins, dessen Klappe häufig als Ersatz für eine beschädigte menschliche Klappe verwendet wird. Die linke Kammer des Organs wurde durch ein luftbetriebenes robotisches Silikonpumpensystem ersetzt. Wenn es aufgeblasen wird, komprimiert die Pumpe das Herz, indem sie die natürlichen Bewegungen des Herzmuskels nachahmt, während künstliches Blut durch ein konstruiertes Kreislaufsystem gepumpt wird. Kurz gesagt, der Schlag des menschlichen Herzens wird auf künstliche Weise perfekt nachgebildet, und dadurch war es möglich, zum nächsten Schritt überzugehen: Die Untersuchung der Mitralklappe in einem kranken Zustand.
Nachdem der betroffene Teil beschädigt worden war, verhielt sich das biorobotische Herz wie jedes andere Herz mit einer problematischen Mitralklappe. An diesem Punkt forderten die Wissenschaftler die Herzchirurgen dazu auf, mit drei verschiedenen Methoden in den Schaden einzugreifen: Verschließen des Klappengewebes mit künstlichen Fäden, Transplantation einer Ersatzklappe und Implantation eines Geräts, das das Schließen der Klappe unterstützt. In allen drei Fällen erwiesen sich die Ansätze als erfolgreich und stellten die ordnungsgemäße Herzfunktion wieder her. Dies ermöglichte den Wissenschaftlern auch, während der Operation Echtzeitdaten zu erhalten. Das künstliche Blut ist transparent und ermöglicht es, jeden Schritt des gesamten Verfahrens zu überwachen, was im menschlichen Körper nicht möglich ist.
Der nächste Schritt besteht darin, den biorobotischen Simulator weiter zu verbessern, indem die Lagerungszeiten weiter verlängert und die Produktionszeiten verkürzt werden und für die Reproduktion eines synthetischen menschlichen Herzens auf den 3D-Druck zurückgegriffen und das Schweineherz aufgegeben wird. Was halten Sie von dieser neuen Errungenschaft der Wissenschaft?
