Onderzoekers van Penn State University hebben een flexibel, rekbaar, implantaat ontwikkeld dat mogelijk een nieuwe behandeling biedt voor patiënten met therapieresistente hoge bloeddruk. Het zachte bio-elektronische systeem, CaroFlex genaamd, wordt rond een belangrijke slagader geplaatst en gebruikt milde elektrische stimulatie om de bloeddruk te verlagen.
Volgens de onderzoekers kan de technologie op termijn een alternatief vormen voor patiënten bij wie medicijnen onvoldoende effect hebben. Het implantaat is gemaakt van zachte, rekbare materialen die beter aansluiten op biologisch weefsel dan bestaande bio-elektronische systemen.
Risicofactor
Hoge bloeddruk, of hypertensie, is wereldwijd een van de belangrijkste risicofactoren voor hart- en vaatziekten. Hoewel veel patiënten behandeld kunnen worden met medicijnen en leefstijlaanpassingen, blijft een deel van de mensen kampen met therapieresistente hypertensie. Volgens de onderzoekers reageert ongeveer één op de tien patiënten onvoldoende op conventionele behandelingen, zelfs wanneer meerdere medicijnen gecombineerd worden. Dat maakt de zoektocht naar alternatieve behandelmethoden urgent.
Een van die alternatieven is bio-elektronica: implantaten die met elektrische signalen de natuurlijke regulatiesystemen van het lichaam beïnvloeden. In dit onderzoek richtten de wetenschappers zich op de zogenoemde baroreflex, een mechanisme waarmee het lichaam veranderingen in bloeddruk detecteert en corrigeert.
Elektrische stimulatie halsslagader
De baroreflex wordt aangestuurd door gespecialiseerde zenuwuiteinden, baroreceptoren genoemd, die veranderingen in de rek van slagaderwanden registreren. Veel van deze receptoren bevinden zich in de sinus carotis, een gebied waar de halsslagader zich vertakt.
Door dit gebied elektrisch te stimuleren kan de bloeddruk worden beïnvloed. Er bestaan al commerciële implantaten die dit principe gebruiken, maar die zijn doorgaans gemaakt van stijve metalen en kunststoffen. Volgens de onderzoekers sluiten zulke materialen slecht aan op het zachte en voortdurend bewegende weefsel van slagaders.
Bovendien worden bestaande implantaten vaak met hechtingen bevestigd. Dat kan op termijn schade veroorzaken aan zowel het implantaat als het omliggende weefsel, doordat bloedvaten voortdurend uitzetten en samentrekken. De resultaten zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Device.
Zachte hydrogels
Om die problemen te verminderen ontwikkelde het onderzoeksteam CaroFlex, een bio-elektronisch implantaat dat grotendeels bestaat uit hydrogel: een zacht, gelachtig materiaal dat qua mechanische eigenschappen beter overeenkomt met biologisch weefsel.
De geleidende onderdelen van het implantaat zijn gemaakt van speciale geleidende hydrogels die elektrische signalen kunnen doorgeven. Daarnaast bevat het systeem een kleeflaag van adhesieve hydrogel, waardoor het implantaat zonder hechtingen aan het weefsel kan blijven vastzitten.
Volgens hoofdonderzoeker Tao Zhou zorgt die combinatie ervoor dat het implantaat beter meebeweegt met slagaders en minder belastend is voor omliggend weefsel. Laboratoriumtesten toonden aan dat CaroFlex meer dan twee keer zijn oorspronkelijke lengte kan uitrekken voordat het breekt.
Veelbelovende resultaten
De onderzoekers vergeleken CaroFlex vervolgens met traditionele bio-elektroden van platina. Daarbij bleek het nieuwe implantaat nauwer contact te maken met het weefsel en een stabielere elektrische verbinding te bieden.
In proeven met ratten werd het implantaat aangebracht rond de sinus carotis. Gedurende een testperiode van tien minuten maten sensoren continu de bloeddruk van de dieren. Vier van de vijf geteste elektrische stimulatiefrequenties zorgden voor een gemiddelde daling van de actieve bloeddruk van meer dan vijftien procent. Twee weken na implantatie vonden de onderzoekers bovendien geen duidelijke tekenen van weefselschade of afweerreacties rond het implantaat.
De volgende stap is volgens het onderzoeksteam het verder optimaliseren van de technologie en het opschalen richting klinische studies bij mensen. Daarbij willen de onderzoekers onderzoeken of 3D-geprinte bio-elektronica op termijn breder inzetbaar kan worden voor andere medische toepassingen binnen het lichaam.
Implantaat innovatie
Vorig jaar, ontwikkelden onderzoekers een 3D-geprinte hartklep van bioresorbeerbaar materiaal dat het lichaam stimuleert om zelf nieuw hartklepweefsel aan te maken. De innovatie kan een alternatief bieden voor huidige kunsthartkleppen van dierlijk weefsel, die meestal na 10 tot 15 jaar vervangen moeten worden. Het implantaat combineert voor het eerst 3D-printtechnologie met een bioresorbeerbaar materiaal dat beschikt over vormgeheugen. Daardoor kan de hartklep opgevouwen via een katheter worden ingebracht, zonder openhartoperatie.
Na implantatie ontvouwt de klep zich vanzelf tot zijn oorspronkelijke vorm. Vervolgens stimuleert het materiaal de regeneratie van lichaamseigen weefsel, waarna het implantaat binnen enkele maanden volledig door het lichaam wordt afgebroken. De technologie kan toekomstige herhaaloperaties mogelijk voorkomen.
