(Phys.org) —Los nanotubos de carbono sirven como puentes que permiten que las señales eléctricas pasen sin obstáculos a través de los nuevos parches para defectos cardíacos pediátricos inventados en la Universidad de Rice y el Hospital de Niños de Texas.

Un equipo dirigido por el bioingeniero Jeffrey Jacot y el ingeniero químico y químico Matteo Pasquali creó los parches infundidos con nanotubos de carbono conductores de pared simple. Los parches están hechos de un bioandamio similar a una esponja que contiene poros microscópicos e imita la matriz extracelular del cuerpo.

Los nanotubos superan una limitación de los parches de corriente en los que las paredes de los poros dificultan la transferencia de señales eléctricas entre los cardiomiocitos. las células latentes del músculo cardíaco, que se instalan en el parche y eventualmente lo reemplazan con músculo nuevo.

El trabajo aparece este mes en la revista American Chemical Society. ACS Nano . Los investigadores dijeron que su invento podría servir como un parche de espesor total para reparar defectos debidos a la tetralogía de Fallot. defectos del tabique auricular y ventricular y otros defectos sin riesgo de inducir ritmos cardíacos anormales.

Los parches originales creados por el laboratorio de Jacot consisten principalmente en hidrogel y quitosano, un material ampliamente utilizado elaborado a partir de conchas de camarones y otros crustáceos. El parche está adherido a una columna de polímero que puede sostener una puntada y mantenerla en su lugar para cubrir un agujero en el corazón. Los poros permiten que las células naturales invadan el parche, que se degrada a medida que las células forman redes propias. El parche, incluyendo la columna vertebral, se degrada en semanas o meses a medida que es reemplazado por tejido natural.

Los investigadores de Rice y otros lugares han descubierto que una vez que las células ocupan su lugar en los parches, tienen dificultades para sincronizarse con el resto del corazón que late porque el andamio silencia las señales eléctricas que pasan de una célula a otra. Esa pérdida temporal de la transducción de señales da como resultado arritmias.

Los nanotubos pueden arreglar eso, y Jacot, que tiene una cita conjunta en Rice y Texas Children's, aprovechó el entorno de investigación colaborativa circundante.

"Esto se debió a hablar con el laboratorio del Dr. Pasquali, así como con los cardiólogos intervencionistas del Texas Medical Center, ", Dijo Jacot." Hemos estado buscando una manera de obtener mejores comunicaciones de célula a célula y nos estábamos concentrando en la velocidad de conducción eléctrica a través del parche. Pensamos que los nanotubos podrían integrarse fácilmente ".

Los nanotubos mejoran el acoplamiento eléctrico entre las células que invaden el parche, ayudándoles a mantenerse al día con los latidos constantes del corazón. "Cuando las células pueblan un parche por primera vez, sus conexiones son inmaduras en comparación con el tejido nativo, "Dijo Jacot. El andamio aislante puede retrasar aún más la señal de celda a celda, pero los nanotubos abren un camino alrededor de los obstáculos.

Jacot dijo que la concentración relativamente baja de nanotubos (67 partes por millón en los parches que se probaron mejor) es clave. Los intentos anteriores de usar nanotubos en parches cardíacos emplearon cantidades mucho mayores y diferentes métodos para dispersarlos.

El laboratorio de Jacot encontró un componente que ya estaban usando en sus parches, el quitosano, que mantiene los nanotubos esparcidos. "El quitosano es anfifílico, lo que significa que tiene porciones hidrofóbicas e hidrofílicas, para que pueda asociarse con nanotubos (que son hidrófobos) y evitar que se aglutinen. Eso es lo que nos permite utilizar concentraciones mucho más bajas que las que otros han probado ".

Dado que la toxicidad de los nanotubos de carbono en aplicaciones biológicas sigue siendo una cuestión abierta, Pasquali dijo:cuanto menos se usa, el mejor. "Queremos permanecer en el umbral de filtración, y llegar a ella con la menor cantidad de nanotubos posible, ", dijo." Podemos hacer esto si controlamos bien la dispersión y usamos nanotubos de alta calidad ".

Los parches comienzan como un líquido. Cuando se agregan nanotubos, la mezcla se agita mediante sonicación para dispersar los tubos, que de otra manera se aglutinaría, debido a la atracción de van der Waals. La aglomeración puede haber sido un problema para los experimentos que utilizaron concentraciones más altas de nanotubos, Dijo Pasquali.

El material se centrifuga en una centrífuga para eliminar grumos sueltos y se forma en delgados, Discos del tamaño de una uña con una columna vertebral de policaprolactona biodegradable que permite suturar el parche en su lugar. La liofilización fija el tamaño de los poros de los discos, que son lo suficientemente grandes para que las células cardíacas naturales se infiltran y para que pasen los nutrientes y los desechos.

Como beneficio adicional, Los nanotubos también hacen que los parches sean más fuertes y reducen su tendencia a hincharse al tiempo que proporcionan un control para ajustar con precisión su tasa de degradación. dar a los corazones tiempo suficiente para reemplazarlos con tejido natural, Dijo Jacot.

"Si hay un agujero en el corazón, un parche tiene que soportar toda la tensión mecánica, ", dijo." No se puede degradar demasiado rápido, pero tampoco puede degradarse demasiado lento, porque acabaría convirtiéndose en tejido cicatricial. Queremos evitar eso ".

Pasquali señaló que la experiencia en nanotecnología de Rice y la membresía del Texas Medical Center ofrecen una gran sinergia. "Este es un buen ejemplo de cómo es mucho mejor para un experto en aplicaciones como el Dr. Jacot trabajar con expertos que saben cómo manejar nanotubos, en lugar de intentar ir solo, como muchos lo hacen, ", dijo." Terminamos con un control mucho mejor del material. Lo contrario también es cierto, por supuesto, y trabajar con líderes en el campo biomédico realmente puede acelerar el camino hacia la adopción de estos nuevos materiales ".