Durante una procedura di bypass coronarico, i chirurghi reindirizzano il flusso sanguigno utilizzando un innesto di bypass autologo, il più delle volte deriva dalle vene del paziente. Però, in determinate situazioni in cui il paziente non ha una vena adatta, i chirurghi devono fare affidamento su innesti vascolari sintetici che, mentre salva la vita, sono più inclini alla formazione di coaguli che alla fine ostruiscono l'innesto.

Per migliorare il tasso di successo degli innesti sintetici, un gruppo di ricerca guidato dall'Università di Pittsburgh sta studiando se le "rughe attive" sulla superficie interna delle arterie possono aiutare a migliorare il design dell'innesto sintetico e creare una migliore alternativa agli innesti autologhi per la chirurgia di bypass.

La ricerca è condotta da Sachin Velankar, professore associato di ingegneria chimica presso la Swanson School of Engineering; Edith Tzeng, professore di chirurgia presso la Scuola di Medicina; e Luka Pocivavsek, un ex residente presso il Dipartimento di Chirurgia. Insieme a Pocivavsek, che ora è un borsista di chirurgia vascolare presso l'Università di Chicago, Velankar e Tzeng si sono ispirati alle arterie per trovare un modo per migliorare il flusso sanguigno negli innesti sintetici.

"La superficie interna delle arterie naturali, nota come superficie luminale, è molto rugoso, " ha detto Velankar. "Volevamo esplorare gli effetti di questo raggrinzimento per vedere se la transizione da uno stato liscio a uno rugoso previene la formazione di coaguli. Chiamiamo questa topografia dinamica."

Pocivavsek, Velankar, e Tzeng ha lavorato con un team di studenti universitari della Swanson School of Engineering per creare un modello per testare l'idea che tali cambiamenti "topografici" superficiali possano svolgere un ruolo anti-trombotico. Hanno anche arruolato l'aiuto di William Wagner, Direttore del McGowan Institute for Regenerative Medicine di Pitt, il cui laboratorio ha esperienza su come misurare il fouling, l'accumulo di materiale indesiderato sulle superfici. Il team ha scoperto che le superfici che passano ripetutamente da uno stato liscio a rugoso resistono all'incrostazione piastrinica, una scoperta che potrebbe portare a innesti di bypass resistenti alla trombosi.

Dotato di una strategia per migliorare l'efficacia degli innesti sintetici, Velankar e Tzeng sono desiderosi di applicare questa ricerca alle applicazioni cliniche e hanno ricevuto $ 454, Premio 539 R56 del National Institutes of Health per finanziare il lavoro di traduzione clinica.

"Le nostre arterie si espandono e si contraggono naturalmente, parzialmente guidato dalle normali fluttuazioni della pressione sanguigna durante il ciclo cardiaco, " ha detto Tzeng. "La nostra ipotesi è che questo guidi la transizione tra superfici luminali lisce e rugose nelle arterie, e questa topografia dinamica può essere un importante meccanismo antitrombotico nelle arterie. Il nostro obiettivo è utilizzare questo nuovo concetto di approccio puramente meccanico per prevenire l'intasamento dell'innesto vascolare utilizzando il battito cardiaco come meccanismo trainante".

Sono anche interessati ad esaminare la biomeccanica del corrugamento luminale nelle arterie reali e recentemente hanno ricevuto un triennio, $341, 599 sovvenzione della National Science Foundation per continuare il loro studio sia in vivo che con campioni animali. Attraverso una combinazione di simulazione e sperimentazione, sperano di ottenere una migliore comprensione del ruolo funzionale delle rughe luminali.

"Sappiamo che le arterie appaiono rugose al microscopio", disse Velankar. "Ma quali sono i meccanismi biomeccanici alla base? E cosa succede quando l'arteria non è al microscopio, ma porta ancora sangue nell'animale vivente?"

Pocivavsek, Velankar, e Tzeng hanno recentemente dettagliato i risultati della loro ricerca in a Biomateriali articolo intitolato "Rughe attive per guidare l'autopulizia:una strategia per superfici antitrombotiche per innesti vascolari" (DOI:10.1016/j.biomaterials.2018.11.005). È la prima applicazione pratica del concetto che hanno descritto all'inizio di quest'anno nel Fisica della natura articolo intitolato "Rinnovamento della superficie guidato dalla topografia" (DOI:10.1038/s41567-018-0193-x).

"Speriamo che la nostra nuova strategia per ridurre le incrostazioni porti allo sviluppo di dispositivi medici che miglioreranno il trattamento delle arterie ferite o malate, " disse Velankar.

Fiduciosi che la loro ricerca possa fornire un risultato positivo, il gruppo ha creato Aruga Technologies, una società spin-off dell'Innovation Institute di Pitt. L'azienda mira a sviluppare innesti vascolari sintetici che possono essere utilizzati per procedure chirurgiche, come un bypass coronarico.