Wissenschaftler verwenden Sie Math, bessere Stents zu bauen

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

Suncica "Sunny" Canic war gut in Mathe in der Schule, so dass das ist, was sie als eine Karriere verfolgt. Aber sie mochte immer Medizin zu.

Wenn sie nach Houston, Texas, und einige Kardiologen auf einer Party traf, begann sie, mit ihnen reden, was sie tun – und wusste, sie konnte helfen.

"Ich erkannte, dass bieten wir könnten ihnen eine Fluiddynamik und Mechanik Sicht helfen ihnen... zum Beispiel, Entscheidungen über die Stent-Grafts sie in ihren Prozeduren verwenden", sagte sie.

Stents sind kleine Netz Rohre aus Metall-Legierungen, die Blutgefäße offen zu halten, nachdem sie mit krankheitsverursachenden verstopft worden habe Plaque. Obwohl Stents mit dem menschlichen Körper kompatibel sein sollen, verursachen sie manchmal unerwünschte Reaktionen, wie Blutgerinnsel und Bildung von Narbengewebe. So haben Wissenschaftler versucht, zur Beschichtung von Stents mit Zellen, die die winzigen Röhren noch kompatibel zu machen.

Aber diese, auch noch nicht perfekt, sagte Canic. Blut fließt über einen beschichteten Stent kann noch gerinnen oder reißen Zellen entfernt. Dies ist, wie Canic sagte, "nicht gut". Professor für Mathematik an der University of Houston, Canic macht Computer-Modelle, die Suche nach einer besseren Stent-Beschichtung zu führen.

Sie benutzt auch Computermodelle, um die Stärken und Schwächen der verschiedenen Stent Strukturen zu studieren. Ihre Arbeit könnte dazu beitragen, dass die Hersteller optimieren Stent Design und Ärzte die richtigen Stents für ihre Patienten, letztlich Verbesserung der Behandlungsergebnisse zu wählen.

Informatiker-Modell in der Regel Stents in drei Dimensionen. Die Verfolgung von etwa 200.000 Punkte oder Knoten entlang der Stent-Netz sind die Modelle massiv.

Zusammen mit ihrem Mitarbeiter Josip Tambaca von der Universität Zagreb in Kroatien und ihr Kumpel Kosor Doktorand schrieb Canic eine viel einfachere Programm, die Stents wie Maschen der eindimensionalen Stangen nähert. Dieses Programm lassen sie das gleiche Ergebnis mit nur 400 Knoten zu erreichen.

Mit Hilfe ihrer vereinfachten Modells haben die Forscher untersuchten die Entwürfe von mehreren Stents auf dem Markt zu sehen, welche Strukturen scheinen am besten für bestimmte Blutgefäße oder Verfahren sein. Zum Beispiel fanden sie diese Stents mit "offener Bauweise" – wo jeder horizontalen Stab herausgenommen – verbiegen leicht, wodurch sie gut, in kurvigen Koronararterien stellen.

Canic hat auch das Modell Design verwendet ein Stent mit mechanischen Eigenschaften speziell auf eine experimentelle Herzklappe Austauschverfahren zugeschnitten. Sie fand, dass dieser spezialisierten Stent für das Verfahren am besten geeignet, wenn es steif in der Mitte und weniger steif an den Enden ist. Darüber hinaus hat sie die Kombination von Vorfu mit radialen Steifigkeit gefunden – wo biegen Sie den Stent in U-Form, aber Sie können nicht die Röhre verschlossen squeeze – erzeugt einen Stent mit weniger Wahrscheinlichkeit der Knickung als jene, die derzeit im Einsatz sind.

Die lohnendste Teil ihrer Arbeit, sagte Canic, ist, dass "wir Mathematik für etwas sinnvolles nutzen können mit Problemen der realen Welt verbunden." Sie berichtet, dass ihre Mitarbeiter bereits die Ergebnisse der ihre Simulationen in die Praxis umzusetzen.

Inzwischen ist ihre größte Herausforderung als Botschafter der Mathematik, der Medizin- und Biotechnologie Gemeinschaften tätig.

Am Anfang sagte, war es schwierig, die Zusammenarbeit mit Personen aus verschiedenen Disziplinen unterschiedliche wissenschaftliche Sprachen sprechen. "Aber sobald sie sah, dass es eine Menge Informationen gibt, die hilfreich sein könnten, ist es viel einfacher gewesen", sagte sie. "Jetzt will Menschen von der medical Center mit uns reden. Sie kommen zu uns und Fragen, und das ist gut."

Heute, Canic hilft ein Team des Texas Heart Institute eine ungewöhnliche Quelle für Stent-Beschichtung zu studieren: Ohr Knorpel. Das Team glaubt, dass dieses einfache Ernte Gewebe werden Stents mehr biokompatibel, obwohl sie noch nicht kennen, wie Ohr Knorpel-Zellen wachsen oder in Umgebungen wie menschlichen Blutgefäße Verhalten.

Canic nutzt ihre Computerprogramme um wie Blut mit Stent-Beschichtung Knorpelzellen interagiert und wie die Zellen bleiben (oder nicht) an die Oberfläche des Stents zu simulieren. Sie stopfen in verschiedenen Fluid stärken und Scherkräfte Blut fließt über den Stent zu sehen, was den Knorpel auf frisch beschichtete Stents, schnell stabilisieren fördern könnte. Die Modelle haben ihren Mitarbeitern erfahren Sie die besten Voraussetzungen, um im Follow-up-Experimente zu testen, wie sie nach Möglichkeiten suchen, Stents vorzubehandeln, bevor Ärzte ihnen Implantat geholfen.

Canic will mit der medizinischen Gemeinschaft zusammen zu halten, wie sie mit ihrer Forschung weiterentwickelt. Sie plant, schauen Sie sich biologisch abbaubaren Stents sowie die Simulation der Fluiddynamik erbrechend Mitral Ventile (wo einige rückwärts in den pumpenden Herzens fließt Blut) zu helfen, mehr Ärzte den Zustand mittels Ultraschall genau zu diagnostizieren. "Natürlich werde ich weiterhin in diesem Bereich arbeiten," sagte sie. "Es ist sehr befriedigend."

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Anmerkung der Redaktion: 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.