Robothart sputtert als een ketchupfles (video)

Een zacht robothart dat lichaamseigen cellen aantrekt om afstoting en complicaties te voorkomen. Daaraan werkt het Holland Hybrid Heart Consortium. De principes die zorgen voor het sputteren van een ketchupfles, kunnen worden gebruikt voor de hartslag.

De eerste testresultaten met een vroeg prototype zijn gepubliceerd in Nature Communications. Het prototype kon bloed rondpompen onder laboratoriumomstandigheden met een kracht vergelijkbaar met een echt hart. Het functioneerde bovendien een klein uur in een groot proefdier. Het zachte robothart, gemaakt met flexibele materialen en aangedreven door luchtdruk, kan ook worden aangestuurd zonder elektronische signalen, wat tot nu toe gebruikelijk is.

Universitair hoofddocent Bas Overvelde en onderzoeker Luuk van Laake van de TU/e-faculteit Mechanical Engineering, hebben in de laboratoriumopstelling laten zien dat dezelfde principes die zorgen voor het sputteren van een ketchupfles, kunnen worden gebruikt voor een hartslag in het robothart. Overvelde: “We zochten een manier om een hartklep open en dicht te laten gaan met zo weinig mogelijk software of electronica. De zachte klep die we daarvoor gebruiken, gaat vanzelf open en dicht zodra we er de constante luchtstroom van een pomp doorheen sturen. Daar zijn verder geen elektrische signalen voor nodig.”

De onderzoekers noemen het een wetenschappelijke mijlpaal. “Met deze ontwikkeling zetten we een belangrijke stap richting een kunsthart dat minder complicaties en een betere kwaliteit van leven biedt aan onze patiënten”, aldus professor dr. Jolanda Kluin van het Erasmus MC, cardio-thoracaal chirurg en projectleider van het Hybrid Heart.

Het Hybrid Heart, ontwikkeld onder leiding van het Erasmus MC, is bedoeld voor patiënten met hartfalen en bootst de natuurlijke hartslag en de ‘zachte’ weefselomgeving van het hart na via een flexibele robot-‘spier’ (septum). Dat moet complicaties zoals bloedstolsels, afstotingsreacties of infecties helpen voorkomen. De technologie is een mogelijk alternatief voor een donorhart, waar een groot tekort aan is, of dient ter vervanging van bestaande kunstharten.

Een robothart dat meegroeit

In de volgende fase brengen de onderzoekers de speciale binnenlaag aan, ontwikkeld aan de TU/e. Deze laag is ontworpen om lichaamseigen cellen aan te trekken die nieuw weefsel vormen, terwijl het synthethische materiaal langzaam wordt afgebroken. Uiteindelijk blijft dan alleen levend weefsel van de patiënt zelf over. Dat voorkomt bloedstolsels en verbetert de acceptatie van het hart door het immuunsysteem. Daarmee zou het robothart veel langer kunnen functioneren.

“Als we materialen kunnen maken die het lichaam zélf activeren tot herstel, komen we echt in de buurt van een regeneratief kunsthart, waarbij we biomaterialen implanteren die in het lichaam cellen aantrekken en langzaam worden omgezet in levend materiaal”, zegt TU/e-hoogleraar Cell-Matrix Interactions Carlijn Bouten.

“We hebben op dit gebied eerder gepionierd met hartkleppen, bloedvaten en vasculaire stents. Dat heeft onder meer geleid tot de spin-offs Xeltis en STENTiT. Nu bouwen we verder richting het volledige hart.”

De volgende stap is het ontwikkelen van een volledig implanteerbare versie van het robothart voor langdurige preklinische testen. Als dat goed gaat, kan de overgang worden gemaakt naar mensen. Het doel is om dat binnen tien jaar te realiseren.