Simulation von Herzen zur Verbesserung der kardiologischer Behandlungen

Anmerkung der Redaktion: Dieser Artikel wurde aktualisiert, um zu korrigieren und Charakterisierungen der Forschung innerhalb des ursprünglichen Textes zu klären.

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

In den Vereinigten Staaten, fast 1 Million Menschen sterben jährlich, weil ihr Herz zu schnell schlägt oder zu langsam schlägt – eine Krankheit namens Herzrhythmusstörungen. Obwohl Wissenschaftler und Ärzte große Fortschritte zu verstehen, das Herz getroffen haben, ist Herz-Kreislauf-Krankheit immer noch die primäre Todesursache in der industrialisierten Welt.

Wissenschaftler haben lange entwickelt, kardiologische Therapien durch Erfahrung basierende Experimente, die oft durch Versuch und Irrtum. Jedoch bieten eine neue Art des Studiums des Herzes vielleicht neue Wege zur Entwicklung von verbesserten kardiologischer Behandlungen. Zusammen mit anderen Forschern untersucht Ellen Kuhl, Professor an der Stanford University, das Herz durch eine Simulations-basierte prädiktive Methode.

"Durch die Simulation von Herzen, können wir besser verstehen die komplexen Wege von Herzerkrankungen. Dies kann uns aktuelle Behandlungsstrategien zu verbessern helfen", sagte Kuhl.

Simulation von Herzen

Kuhl und ihr Team baute ein Computermodell eines Schülers Herzens, simulieren, wie ein echtes Herz arbeitet – ein Phänomen, wo der Fluss von Natrium und Kalium steuert die Herzen elektrische Ladung, wodurch wiederum, das Herz zu Vertrag und Pumpe, Blut über den ganzen Körper.

Diese Simulation-basierte prädiktive Methode kombiniert die Umsetzung der neuen erweiterten Kontinuum Theorien, moderne bildgebende Modalitäten und Computertechniken. Die Idee ist, dass wenn wir ein Herz simulieren können, können wir, es Vorhersagen, besser zu verstehen und damit effektiver zu behandeln.

"Es wäre ein großer Schritt nach vorne, wenn wir ein wirkliches mechanistisches Verständnis auf wie verschiedene Interventionen zur Verfügung stellen könnte verändern das Zusammenspiel von physikalischen Feldern, das die Dynamik des Herzens, charakterisiert" sagte Kuhl. "Es würde es uns, nahezu alle Arten von Ungleichbehandlung Szenarien nur durch einen Mausklick Sonde ermöglichen."

Herz-Licht

Um ein Leben des Menschen Herz simulieren, indem Sie erstellen ein Rechenmodell des Herzens, verwendete das Team Gleichungen, um einen rechnerischen Algorithmus zu etablieren, der die Erregung-Kontraktion Muster eines gesunden Herzens zuverlässig vorhersagen kann. Das Elektrokardiogramm, ein Test, der elektrischen Herzaktivität, der das wahre Zentrum zeichnet stimmt gut mit, dass durch das Rechenmodell vorhergesagt.

"Das ist spannend, denn sie ermöglicht uns, vorherzusagen, was passieren würde, wenn wir zum Beispiel Signallaufzeiten manipulieren oder Tempo das Herz nach außen", sagte Kuhl. Die Vision ist, den Patienten mit Stammzelltherapien basierend auf injizierenden Zellen in die beschädigte Herzgewebe, Wiederherstellung der Funktion behandeln.

Die rechnerische Methode bereits vorgeschlagene Behandlung Verbesserungen für einige Herzkrankheiten. Wenn ein Patient leidet unter Herzrhythmusstörungen, ist die aktuellen Gold-Standard die Verwendung von Herzschrittmachern. Herzschrittmacher müssen auf das Herz sitzen, um das Herz mit elektrischen Signalen Tempo. Leider neigen sie zu Überstunden aufgrund der Abnutzung der Herzen-Bewegung zu scheitern. Kuhl Erfolg in der Simulation des Herzens zusammen mit ersten Prototypen Experimente von ihrem Mitarbeiter Oscar Abilez führten zu eine innovative Möglichkeit, das Herz Tempo: mit Licht.

Nicht nur Ärzte in der Lage wäre zu unterschiedlichen Ergebnissen im Voraus, anstatt viele Male im Monat kommen, um das optimale Tempo Sequenz finden Patienten vorherzusagen, sondern Kuhl, sagte, dass "Dies würde uns erlauben, Tempo das Herz mit sehr hoher Präzision aus der Ferne, im Gegensatz zu jetzt, wo Tempo mit elektrischen Pace Maker geschieht, die auf eine ständig bewegende Herzmuskel sitzen."

Abwürgen Herzinsuffizienz

Diese Methode kann auch noch eine andere Form der Herzerkrankung verbessern. Heute ist die Behandlung für Patienten mit Myokardinfarkt, Unterbrechung der Blutversorgung des Herzens, begrenzt. Letzteres wird durch das lokale Absterben von Herzmuskelzellen machen das Herz nicht in der Lage der Auftraggeber verursacht. In Zukunft könnten Patienten von Stammzell-Therapie profitieren abzielt, geschädigtes Gewebe zu reparieren.

Zur Erreichung dieses Ziels wurden Kuhl und ihr Team in der Lage, das Fortschreiten der Infarkt-induzierte Herzinsuffizienz, simulieren damit die optimale Zelle Injektionsstellen vorherzusagen. Diese Vorhersage würde Stammzell-Therapie noch zuverlässiger und effektiver machen.

"Die Methoden, die wir verwenden – vorausschauende, quantitative, rechnerische Modelle – ändert sich möglicherweise die wir gestalten, verbessern und optimieren medizinischen Behandlung," sagte Kuhl. "Es ist ein langer Weg zu gehen, und es ist spannend, ein Teil dieser Entwicklungen werden."

Pädagogische Herzen

Diese Entwicklungen wurden auch spannend für Kuhl Team umfasst mehrere Studenten an der Stanford University. Corey Murphey, hat kritische Fragen stellen und wichtige Rückmeldungen für Modell Anpassung und Verbesserung, z. B. beteiligt.

"Meine Arbeit mit Ellen hat dazu beigetragen, dass mir klar, was ich wirklich tun wollen und hat mir einige fantastischen Möglichkeiten (z. B. die Fähigkeit, zu nationalen und internationalen Konferenzen zu gehen)," sagte Murphey.

Herz-Simulationen stellen große Erkenntnisse zum Verständnis der Herzen. Mit der Weiterentwicklung der Computertechniken und andere Technologien haben wir in der Zukunft eine Reihe von Krankheiten spezielle Algorithmen, die wirksame Formen der Behandlung übersetzt werden könnte. Vielleicht ist ein anderer Ansatz der Studie genau das, was wir brauchten.

EDitor Hinweis: Diese Forschung wurde unterstützt durch die National Science Foundation (NSF), die Bundesagentur für angeklagt Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik. Meinungen, Erkenntnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen ausgedrückt in diesem Material sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von der National Science Foundation. Sehen den Blick hinter die Kulissen Archiv.