碳纳米管贴片改善心脏功能

使用碳纳米管，赖斯大学和德克萨斯州儿童医院的研究人员创造了一种改善未成熟心细胞之间的电信号的心脏缺陷斑块。

在米饭大学和德克萨斯儿童科学家的实验中，在纳米管 - 注入的水凝胶中培养的活性心脏细胞涉及纳米管染色体脉搏，他正在制造修复儿科心脏缺陷的补丁。由Jacot Lab / Reis University提供礼貌

碳纳米管用作桥梁，允许电信号通过在赖斯大学和德克萨斯州儿童医院发明的新的小儿心脏缺陷斑块通过新的小儿心脏缺陷斑块通过。

由Biojineer Jeffrey Jacot和Chemical工程师和化学家Matteo Pasquali带领的团队创造了与导电单壁碳纳米管注入的贴片。该贴片由含有微观孔隙的海绵状生物节形和模拟身体的细胞外基质。

纳米管克服了当前斑块的限制，其中孔隙壁阻碍心肌细胞之间的电信号转移，心肌肌肉肌肉的击打细胞，它在贴片中占据沉积物并最终用新的肌肉取代它。

本月在美国化学学会杂志ACS纳米上出现了这项工作。研究人员表示，他们的发明可以作为一种全厚度的贴剂，以修复由于椎间盘，心房和心室隔膜缺陷等缺陷和其他缺陷而没有诱导异常心律的风险。

三张图像揭示了在大米大学和德克萨斯州儿童医院创造的心脏缺陷补丁的细节。在顶部，三个否则相同的贴片以更大的浓度碳纳米管变暗，这改善了未成熟心脏细胞之间的电信号。在中心，扫描电子显微镜图像显示贴片的生物支出，足够大的毛孔足以让心脏细胞入侵。在底部时，近红外显微镜图像显示出近侧分散的单壁纳米管的存在。(

Jacot的实验室创建的原始斑块主要由水凝胶和壳聚糖组成，是由虾和其他甲壳类动物壳制成的广泛使用的材料。贴剂附着在可以保持针脚并将其保持在覆盖心脏中的孔的聚合物骨架上。毛孔允许天然细胞侵入贴片，这会降低作为其自身的网络的细胞。补丁，包括骨干，在几周或几个月内降解，因为它被自然组织所取代。

米饭和其他地方的研究人员发现，一旦细胞在贴片中取出它们的位置，它们难以与剩余的跳动心同步，因为脚手架静音从电池到细胞的电信号。信号转导的暂时损失导致心律失常。

Nanotubes可以解决，在稻米和德克萨斯儿童联合预约的jacot利用周围的协作研究环境。

“这源于与Pasquali博士的实验室以及德克萨斯医疗中心的介入心脏病学家交谈，”Jacot说。“我们一直在寻找一种获得更好的细胞通信的方法，并专注于通过贴片的电传导速度。我们认为纳米管可以很容易地集成。“

纳米管增强了侵入贴片的电池之间的电耦合，帮助它们跟上心脏稳定的节拍。“当细胞首先填充贴片时，与天然组织相比，它们的连接不成熟，”Jacot表示。绝缘支架可以进一步延迟细胞对细胞信号，但是纳米管侵蚀围绕障碍物的路径。

Jacot表示，纳米管浓度相对较低 - 最佳斑块的67份百万份 - 是关键。早些时候尝试在心脏贴片中使用纳米管采用更高的数量和分散它们的不同方法。

Jacot的实验室发现了一个组件，他们已经在其补丁中使用 - 壳聚糖 - 保持纳米管散布。“壳聚糖是两亲性的，意思是它具有疏水性和亲水部分，因此它可以与纳米管（疏水性）相关，并使它们免于块状。这就是我们允许我们使用比其他人的浓度要低得多。“

由于碳纳米管在生物应用中的毒性仍然是一个敞开的问题，因此Pasquali表示，一次使用越少。“我们希望留在渗透阈值，并用最少的纳米管达到最少的纳米管道，”他说。“如果我们控制分散并使用高质量的纳米管，我们可以这样做。”

贴片以液体开始。当添加纳米管时，通过超声处理将混合物摇动以分散由于范德瓦尔斯吸引力的方式将其堆积的管子分散。Pasquali说，丛生可能是使用更高的纳米管浓度的实验的问题。

该材料在离心机中旋转以消除杂散丛并形成具有可生物降解的多己内酯骨架的薄，指甲尺寸的盘，其允许贴片缝合到位。冷冻干燥设定圆盘孔的大小，这足以让天然心脏细胞渗透和养分和废物通过。

作为侧面的好处，纳米管也使贴片更强并且降低它们膨胀的趋势，同时提供手柄，以精确调整它们的降解速率，使心脏足够替代自然组织，Jacot表示。

“如果心里有一个洞，那么贴片必须采取全面的机械压力，”他说。“它不会太快劣化，但它也不会降低太慢，因为它最终会成为疤痕组织。我们想要避免这种情况。“

Pasquali指出，大米的纳米技术专长和德克萨斯医疗中心会员提供了良好的协同作用。“这是一个很好的例子，即如何为jacot博士这样的申请人而言，与知道如何处理纳米管的专家，而不是试图去独奏，”他说。““我们最终会更好地控制材料。当然，交谈也是如此，并与生物医学领域的领导人合作，可以真正加速这些新材料采用的道路。“

Jacot的实验室的米研究科学家Seokwon Pok是本文的主要作者。共同作者是研究科学家Flavia Vitale，研究生Omar Benavides和前博士后研究员Shannon Eichmann，所有米饭。Pasquali是大米化学系和化学和生物分子，材料科学和纳米工程教授和化学。Jacot是德克萨斯儿童和贝勒医学院兼职助理教授的先天性心脏手术服务，儿科心脏生物工程实验室的助理教授。

国家卫生研究院，Welch基金会和德克萨斯州儿童医院得到了研究。

出版物：Seokwon Pok等，“生物相容性碳纳米管 - 壳聚糖心脏脚手架匹配心脏的电导率”ACS Nano; DOI：10.1021 / NN503693H.

图像：Jacot Lab / Rey University