Durante un procedimiento de derivación coronaria, los cirujanos redirigen el flujo sanguíneo mediante un injerto de derivación autólogo, la mayoría de las veces deriva de las propias venas del paciente. Sin embargo, en determinadas situaciones en las que el paciente no dispone de una vena adecuada, los cirujanos deben confiar en injertos vasculares sintéticos que, mientras salva vidas, son más propensos a la formación de coágulos que eventualmente obstruyen el injerto.

Para mejorar la tasa de éxito de los injertos sintéticos, un equipo de investigación dirigido por la Universidad de Pittsburgh está investigando si las "arrugas activas" en la superficie interior de las arterias pueden ayudar a mejorar el diseño del injerto sintético y crear una mejor alternativa a los injertos autólogos para la cirugía de bypass.

La investigación está siendo realizada por Sachin Velankar, profesor asociado de ingeniería química en la Swanson School of Engineering; Edith Tzeng, profesor de cirugía en la Facultad de Medicina; y Luka Pocivavsek, ex residente del Departamento de Cirugía. Junto con Pocivavsek, quien ahora es becario de cirugía vascular en la Universidad de Chicago, Velankar y Tzeng se inspiraron en las arterias para encontrar una forma de mejorar el flujo sanguíneo en los injertos sintéticos.

"La superficie interna de las arterias naturales, conocida como la superficie luminal, está muy arrugado, ", dijo Velankar." Queríamos explorar los efectos de estas arrugas para ver si la transición de un estado suave a arrugado evitará la formación de coágulos. A esto lo llamamos topografía dinámica ".

Pocivavsek, Velankar, y Tzeng trabajaron con un equipo de estudiantes de pregrado de la Escuela de Ingeniería de Swanson para crear un modelo para probar la idea de que tales cambios "topográficos" superficiales pueden desempeñar un papel antitrombótico. También contaron con la ayuda de William Wagner, Director del Instituto McGowan de Medicina Regenerativa de Pitt, cuyo laboratorio tiene experiencia en cómo medir el ensuciamiento:la acumulación de material no deseado en las superficies. El equipo descubrió que las superficies que cambian repetidamente entre un estado liso y arrugado resisten el ensuciamiento de las plaquetas, un hallazgo que podría conducir a injertos de derivación resistentes a la trombosis.

Equipado con una estrategia para mejorar la eficacia de los injertos sintéticos, Velankar y Tzeng están ansiosos por aplicar esta investigación a aplicaciones clínicas y recibieron $ 454, Premio 539 R56 de los Institutos Nacionales de Salud para financiar el trabajo de traducción clínica.

"Nuestras arterias se expanden y contraen de forma natural, impulsado parcialmente por las fluctuaciones normales de la presión arterial durante el ciclo cardíaco, ", dijo Tzeng." Nuestra hipótesis es que esto impulsa la transición entre superficies luminales lisas y arrugadas en las arterias, y esta topografía dinámica puede ser un importante mecanismo antitrombótico en las arterias. Nuestro objetivo es utilizar este concepto novedoso de un enfoque puramente mecánico para prevenir el ensuciamiento del injerto vascular mediante el uso de los latidos del corazón como mecanismo impulsor ".

También están interesados ​​en examinar la biomecánica de las arrugas luminales en arterias reales y recientemente recibieron una licencia de tres años, $ 341, Beca 599 de la National Science Foundation para continuar su estudio tanto in vivo como con especímenes animales. Mediante una combinación de simulación y experimentación, esperan obtener una mejor comprensión del papel funcional de las arrugas luminales.

"Sabemos que las arterias aparecen arrugadas en un microscopio", dijo Velankar. "¿Pero cuáles son la biomecánica subyacente? Y qué sucede cuando la arteria no está bajo un microscopio, pero aún llevando sangre en el animal vivo? "

Pocivavsek, Velankar, y Tzeng recientemente detallaron los hallazgos de su investigación en un Biomateriales artículo titulado "Arrugas activas para impulsar la autolimpieza:una estrategia para superficies antitrombóticas para injertos vasculares" (DOI:10.1016 / j.biomaterials.2018.11.005). Es la primera aplicación práctica del concepto que describieron a principios de este año en el Física de la naturaleza artículo titulado "Renovación de superficies impulsada por la topografía" (DOI:10.1038 / s41567-018-0193-x).

"Esperamos que nuestra nueva estrategia para reducir las incrustaciones conduzca al desarrollo de dispositivos médicos que mejoren el tratamiento de las arterias lesionadas o enfermas". —dijo Velankar.

Confiado en que su investigación puede proporcionar un resultado positivo, el grupo creó Aruga Technologies, una empresa derivada del Instituto de Innovación de Pitt. La empresa tiene como objetivo desarrollar injertos vasculares sintéticos que se puedan utilizar para procedimientos quirúrgicos, como un bypass de arteria coronaria.