El Texas Heart Institute colabora con una subvención multiinstitucional del DOD para desarrollar un nuevo dispositivo de asistencia ventricular izquierda

HOUSTON (Mar 7, 2024) — El Instituto del Corazón de Texas®, Instituto de Tecnología de Georgia (Tecnología de Georgia), Universidad Estatal de Carolina del Norte (Estado de Carolina del Norte), y Universidad de Rice colaborará para desarrollar una novela dispositivo de asistencia ventricular izquierda (LVAD) como una opción de tratamiento alternativo para trasplante cardiaco y apoyo a largo plazo en la etapa final de insuficiencia cardiaca. La investigación está financiada por una subvención de cuatro años y 7.8 millones de dólares concedida a Georgia Tech por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos. Programas de investigación médica dirigidos por el Congreso (CDMRP) como parte del llamado de la agencia para el desarrollo de tecnologías de tratamiento menos invasivas para afecciones cardiovasculares asociadas con la miocardiopatía. El Texas Heart Institute recibirá aproximadamente $2.94 millones del premio para financiar su papel en el esfuerzo de investigación.

 Casi siete millones de personas en EE.UU. sufrir de insuficiencia cardiaca, y cada año se producen aproximadamente 400,000 muertes relacionadas con insuficiencia cardíaca en este país. Los pacientes con insuficiencia cardíaca a menudo experimentan movilidad, calidad de vida y capacidad para trabajar reducidas; la enfermedad también representa una carga importante para la atención de salud pública. La insuficiencia cardíaca es una enfermedad que empeora progresivamente y no existe ningún medicamento eficaz para tratar la insuficiencia cardíaca terminal. El trasplante cardíaco, la única opción para muchos pacientes, se ve gravemente restringido por la limitada disponibilidad de corazones de donantes. Como opción terapéutica alternativa, se han implantado bombas cardíacas DAVI para ayudar a los pacientes con insuficiencia cardíaca terminal a mantener la circulación sanguínea en el cuerpo.

Sin embargo, existen desventajas asociadas con la implantación de DAVI: las complicaciones incluyen infección, coagulación sanguínea (trombosis), accidente cerebrovascular y sangrado. Muchos de estos problemas están relacionados con el daño sanguíneo causado por los dispositivos implantados y deben tratarse mediante cirugías invasivas. Además, los DAVI actuales utilizan líneas de transmisión colocadas a través de la piel (es decir, percutáneas) para alimentar el dispositivo; Estas líneas motrices pueden causar infección, lo que lleva a rehospitalización y cirugías adicionales. Incluso si no hay infección, una transmisión reduce significativamente la movilidad de los pacientes, disminuyendo así su calidad de vida.

El objetivo del nuevo proyecto de investigación es abordar varias de estas deficiencias asociadas con los DAVI actuales, haciendo que la terapia con DAVI sea más efectiva y menos invasiva. Los colaboradores proponen mejoras en el diseño del dispositivo que reducirán el daño sanguíneo, la formación de coágulos sanguíneos y las complicaciones de la línea motriz, como infecciones y limitaciones de movilidad. Los investigadores aprovecharán un enfoque interdisciplinario que involucrará a cuatro grupos de investigación con experiencia técnica complementaria y un panel de cardiólogos del Departamento de Asuntos de Veteranos de EE.UU.. Los equipos combinarán diseños de ingeniería innovadores, recubrimientos hidrófilos resbaladizos antitrombóticos (SLIC), sistemas inalámbricos de transferencia de energía, sistemas de conducción de levitación magnética y pruebas preclínicas de dispositivos para lograr su objetivo.

El esfuerzo general será dirigido por el investigador principal. Lakshmi P. Dasi, PhD, Profesora Rozelle Vanda Wesley en la Wallace H. Coulter Departamento de Ingeniería Biomédica y director de la Laboratorio de Mecánica de Fluidos Cardiovasculares en Georgia Tech. Es experto en prótesis valvulares cardíacas y biomecánica, biomateriales y dispositivos cardiovasculares. El grupo del Dr. Dasi utilizará simulaciones por computadora para rediseñar los componentes del DAVI para reducir el daño sanguíneo y el riesgo de coagulación. Los coágulos de sangre a menudo se forman donde la sangre ingresa al DAVI porque el flujo sanguíneo se ralentiza allí y se altera (lo que se denomina estasis). Una nueva entrada de sangre con stent flexible se adaptará a la forma del corazón del paciente para evitar la estasis del flujo y la coagulación. El material del stent estimulará el crecimiento de las propias células endoteliales del paciente en la entrada, reduciendo aún más el riesgo de formación de coágulos. Los investigadores también diseñarán carcasas y rotores flexibles únicos que reducirán el daño a la sangre.

Arun Kumar Kota, PhD, profesor asociado en la Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial en NC State, es un experto en superficies bioinspiradas y biocompatibles y en ciencia de biomateriales. Dr. Kota grupo de investigacion utilizará revestimientos SLIC novedosos y resbaladizos basados ​​en capas de hidratación similares al hielo para reducir la fricción entre la sangre y los componentes del DAVI y prevenir la formación de coágulos. Los recubrimientos deberían evitar que las proteínas sanguíneas involucradas en el proceso de coagulación se peguen a la superficie recubierta, reduciendo aún más el riesgo de coagulación. El recubrimiento se aplicará al rotor impulsor de la bomba LVAD, más compatible con la sangre, que actualmente está siendo diseñado por el grupo del Dr. Dasi.

José R. Cavallaro, PhD, profesor en los departamentos de ingeniería Eléctrica y Computación y Informática en Rice, es un experto en diseño de sistemas de integración a muy gran escala (VLSI) y procesamiento de señales, comunicación inalámbrica y sistemas de ingeniería informática. Para eliminar la necesidad de una línea motriz que penetre en la piel, el Dr. Cavallaro's grupo de XNUMX desarrollará una fuente de energía externa (una batería portátil recargable) y un transmisor para alimentar de forma inalámbrica la bomba implantada. El sistema también incluirá un enlace de comunicación para que la bomba centrífuga proporcione retroalimentación al sistema de energía externo.

Co-investigador Mehdi Razaví, MD es electrofisiólogo clínico y director del Electrofisiología Investigación e innovaciones clínicas departamento del Texas Heart Institute y profesor asociado adjunto en los departamentos de Bioingeniería e Ingeniería Eléctrica e Informática en Rice. Él y su equipo colaborarán con el grupo del Dr. Cavallaro para desarrollar algoritmos informáticos para monitorear la conducción eléctrica del corazón y modificar el funcionamiento de la bomba DAVI según sea necesario.

OH frazier, médico, director del Centro de Investigación Preclínica Quirúrgica e Intervencionista del Texas Heart Institute, es un cirujano cardiotorácico que ha realizado contribuciones innovadoras al campo del soporte circulatorio mecánico y al tratamiento de pacientes con insuficiencia cardíaca. El equipo del Dr. Frazier, incluido el coinvestigador. YaxinWang, doctorado, director del Laboratorio de aplicaciones innovadoras de dispositivos e ingeniería (IDEA) en The Texas Heart Institute, y su grupo diseñarán y evaluarán un nuevo sistema de accionamiento DAVI con cojinetes de levitación magnética. El sistema de rodamientos sin contacto disminuirá el riesgo de coagulación y daño sanguíneo. El grupo probará el sistema general SLIC DAVI desarrollado por el equipo colaborativo más amplio, en un circuito de flujo sanguíneo de laboratorio y en modelos preclínicos, para medir la compatibilidad sanguínea y el rendimiento general del DAVI.

Cuando se complete y evalúe para su uso en pacientes a través de ensayos clínicos y el proceso de aprobación regulatoria, este nuevo DAVI podría proporcionar una forma mucho menos invasiva de apoyo a largo plazo para pacientes con insuficiencia cardíaca, beneficiando a los militares, los veteranos y el público en general. El SLIC DAVI también tiene el potencial de mejorar en gran medida la calidad de vida de los pacientes que necesitan soporte circulatorio. Es importante destacar que muchas de las tecnologías innovadoras desarrolladas durante el proyecto, como la transferencia inalámbrica de energía para dispositivos médicos y los recubrimientos para prevenir la coagulación sanguínea, se pueden traducir a otras aplicaciones.

Dr. Joseph G. Rogers, especialista en insuficiencia cardíaca y presidente y director ejecutivo de The Texas Heart Institute, dijo: “El Texas Heart Institute continúa siendo un centro líder en innovación en sistemas mecánicos de soporte circulatorio. Este premio impulsará el desarrollo y las pruebas del SLIC LVAD, un dispositivo destinado a proporcionar una opción para una población de pacientes vulnerables y otra herramienta en el arsenal de los equipos de insuficiencia cardíaca en todo el mundo”.

El trabajo contó con el apoyo del Subsecretario de Defensa para Asuntos de Salud avalado por el Departamento de Defensa, por un monto de $7,836,599 a través del Programa de Salud del Departamento de Defensa, Programas de Investigación Médica Dirigidos por el Congreso, Programa de Investigación Médica Revisado por Pares, Premio al Programa Enfocado bajo el Premio No. HT94252310663. Las opiniones, interpretaciones, conclusiones y recomendaciones son las del autor y no necesariamente están respaldadas por el Subsecretario de Defensa para Asuntos de Salud o el Departamento de Defensa.