Investigadores de Penn State celebran prueba exitosa de bomba cardíaca

Jul 22, 2023

Imágenes de la bomba cardíaca percutánea. Crédito: Penn State. comunes creativos

2 de agosto de 2013

UNIVERSITY PARK, Pa. -- Un equipo de investigadores de Penn State en el Laboratorio de Investigación Aplicada (ARL) y el Departamento de Ciencia de Materiales han visto cómo el Dispositivo de Asistencia Ventricular Izquierda (LVAD) que desarrollaron entre 2005 y 2011 hizo la transición a su primera prueba exitosa en humanos en marzo .

Thoratec Corp., líder mundial en terapias mecánicas de apoyo circulatorio para corazones defectuosos, obtuvo la licencia de la tecnología de Penn State en 2010. Los LVAD están diseñados para asumir parcialmente la función de bombeo de un corazón defectuoso. En menos de tres años, los componentes de diseño preliminar, las instalaciones de prueba y las técnicas de fabricación desarrolladas en Penn State para construir un dispositivo prototipo han sido desarrollados por Thoratec hasta donde el LVAD podría probarse en humanos.

"La emoción para nuestro equipo de Penn State es que nuestra investigación ahora está en camino de salvar vidas", dijo Rob Kunz, investigador de ARL e investigador principal del proyecto. "Los objetivos de diseño del ahora denominado HeartMate PHP (bomba cardíaca percutánea) eran abrumadores: desarrollar una bomba de sangre en el extremo de un catéter largo y delgado lo suficientemente pequeño como para insertarlo a través de una incisión en el muslo de un paciente y subirlo a través del conducto descendente aorta al ventrículo izquierdo para ser desplegado El PHP tiene que proporcionar suficiente capacidad de bombeo de sangre para soportar un varón adulto (aproximadamente 4,5 litros por minuto a una cabeza de presión de 60 mmHg) durante varios días, sin causar daño al corazón o la sangre sí mismo."

Muchos LVAD a largo plazo disponibles comercialmente requieren que la pared torácica se abra quirúrgicamente para la inserción del dispositivo, un procedimiento complicado y traumático. Los objetivos de diseño para el dispositivo PHP a corto plazo estaban motivados por el deseo de una tecnología de soporte agudo mínimamente invasiva de inserción rápida. El PHP está diseñado para insertarse, desplegarse y funcionar a los pocos minutos de que un paciente sufra un ataque cardíaco u otra afección cardíaca aguda, lo que podría prolongar la vida de decenas de miles de personas en los Estados Unidos cada año.

Con estos requisitos, la industria llegó a Penn State debido a las sólidas capacidades de la Universidad en hidrodinámica (diseño, prueba y modelado) y ciencia de materiales, ambas tecnologías críticas en cualquier aplicación de bomba de sangre. "Básicamente, nos dieron los requisitos y una hoja de papel en blanco", dijo Kunz. "No pasó mucho tiempo antes de que hubiéramos desarrollado el concepto básico: un impulsor plegable muy pequeño que gira muy rápidamente, alojado dentro de una cánula plegable".

Desarrollar el concepto de esta pequeña pero eficiente turbomáquina ha requerido que el equipo de Penn State supere múltiples desafíos. Una importante tiene que ver con la naturaleza del fluido. El LVAD funciona por medio de un impulsor que bombea sangre mientras gira a aproximadamente 19,000 RPM; pero no se puede poner sangre en una licuadora, ni siquiera una pequeña, y esperar que mantenga las características físicas y biológicas que le permiten transportar oxígeno. En cambio, las palas del impulsor tuvieron que ser diseñadas para que dañaran mínimamente los glóbulos rojos.

Otro desafío importante fue que el material del que están hechas las hojas del LVAD tenía que ser lo suficientemente flexible para comprimirse dentro de un catéter de 4 mm. Esa misma elasticidad significa que las aspas se desvían bajo la carga de fluido cuando giran. Por lo tanto, las palas tenían que diseñarse para compensar la desviación y, al mismo tiempo, conservar el rendimiento hidrodinámico deseado. En tercer lugar, la cánula en la que gira el impulsor, y que guía el flujo de sangre a través de la bomba, también tenía que ser plegable, esencialmente un stent cubierto con suficiente integridad para soportar el bombeo y lo suficientemente flexible como para plegarse completamente en un catéter de 4 mm. .

Kunz dijo: "Este ha sido un esfuerzo de diseño y desarrollo verdaderamente multidisciplinario, que involucró a expertos en ciencia de materiales, mecánica de fluidos experimental, mecánica de fluidos computacional, diseño de ingeniería, tecnología de rodamientos, creación rápida de prototipos y controles, así como maquinistas y técnicos de pruebas de integración. también tuve la emocionante oportunidad de involucrarme en varias tecnologías muy por fuera de nuestras competencias básicas, incluida la fisiología del sistema circulatorio, la mecánica/bioquímica de las células sanguíneas, las pruebas en animales y los materiales que están "autorizados" para su uso en el cuerpo. Además, a pesar de su "diseño y entrega', el proyecto apoyó una tesis de doctorado en Ingeniería Mecánica de Penn State sobre el tema del modelado de interacción fluido-estructura".

"Entonces, ¿dónde está el dispositivo ahora y hacia dónde se dirige?" Kunz continuó: "Se emitieron cuatro patentes relacionadas con PHP con miembros de nuestro equipo como co-inventores. La oficina de administración de tecnología de Penn State negoció con éxito acuerdos de licencia con Thoratec, por lo que la exitosa prueba en humanos dio lugar a los primeros ingresos por licencias de Penn State de la dispositivo."

Thoratec es un gran socio de transición para esta tecnología, ya que es una de las pocas empresas en el mundo que tiene la experiencia y los recursos para madurar los dispositivos de bomba de sangre a través del desarrollo de fabricación y los ensayos clínicos hasta la comercialización. Thoratec tiene la intención de continuar con los ensayos clínicos sobre el uso de HeartMate PHP para apoyar a los pacientes que se someten a intervenciones percutáneas de alto riesgo, así como a aquellos en shock cardiogénico, una población con tasas de mortalidad persistentemente altas. La empresa prevé iniciar un estudio europeo en la segunda mitad de 2013, seguido de un ensayo clínico en EE. UU. a principios de 2014.

Los miembros del equipo de desarrollo de bombas de asistencia cardíaca de Penn State, de izquierda a derecha, son Steve Hambric, Jim Runt, Rick Medvitz, Greg Dillon, Dave Boger, Eric Meyer, Rob Kunz, Adam Roslund, Steve Struble, Rob Campbell, Dave Dreese, Mark McBride, Rusty Boone, Jeremy Konkoski y Justin Walsh. Faltan Tom Mallison, Dan Metrey y Rick Weyer. Crédito: Penn State. comunes creativos

Rob Kunz

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