Mjuka robotar för att lindra hjärtsvikt

Kan mjuka robotar fungera som en biologisk sensor och muskel runt blodkärlen och stödja hjärtats funktion vid hjärtsvikt? Seraina Dual och hennes forskargrupp hoppas hitta en lösning som kan ersätta dagens apparatbaserade behandlingar och bättre hjälpa svårt hjärtsjuka patienter.

Hjärt-kärlsjukdom hör till våra största folksjukdomar, som orsakar mycket lidande för patienter och stora kostnader för samhället. Vid hjärtsvikt, som drabbar upp till tre procent av befolkningen i den utvecklade världen, påverkas hälsa och livskvalitet i mycket hög utsträckning. Tillståndet har också en mycket hög dödlighet. Det enda alternativet till hjärttransplantation är idag mekaniska pumpar, men eftersom dessa kommer i direkt kontakt med blodet ökar de kraftigt risken för blodproppar och stroke.
Seraina Dual är universitetslektor vid KTH. Hon leder även Intelligent Heart Technology Lab vid KTH och forskar om mjuka robotar, som skulle kunna användas för att hjälpa patienter med svår hjärtsvikt. För detta projekt, SOROCA, har hon fått ett bidrag på 15 miljoner kronor över fem år av Stiftelsen för strategisk forskning inom ramen för programmet Framtidens Forskningsledare. Tack vare det har hon kunnat utöka sin forskargrupp och arbeta långsiktigt med ett brett multidisciplinärt perspektiv.
– Vi ser att mjuka robotar skulle ha många fördelar för patienten och kunna vara ett alternativ till dagens mekaniska pumpar. Helst skulle våra robotar implanteras på ett mycket tidigare stadium så att patienterna kan leva med sina egna hjärtan längre. Förutom att minska strokerisken så är de lättare att fästa vid kranskärlen än dagens apparatur och de kan bättre anpassas efter patienten vad gäller exempelvis storlek. Detta är viktigt, inte minst för kvinnor och barn, förklarar Seraina Dual. Idag finns det inga tekniska lösningar för dessa två patientgrupper, eftersom de mekaniska pumparna är för stora.

Fungerar som sensor och muskel
De mjuka robotarna fungerar både som en sensor, så att läkare kan övervaka patientens hjärthälsa, och som en aktiv muskel som minskar belastningen på hjärtat och förbättrar dess funktion. Forskningens fokus ligger på tre huvudsakliga områden: att möjliggöra design av mjuka robotiska muskler som är kompatibla med mänsklig vävnad på lång sikt, att utveckla implanterbara sensorer som ger läkare viktig information för behandling och att skapa nya automatiska styrsystem som anpassar sig till patientens behov. Förhoppningen är att väsentligt förbättra integrationen av mjuka robotar i människokroppen och därmed möjliggöra säkrare och effektivare behandling av hjärtsjukdomar, vilket kan hjälpa patienter i ett mycket tidigare skede av sjukdomen.
Det finns en rad utmaningar som Seraina och hennes forskargrupp kommer att adressera. En är att utveckla teknologier för att fysiologiskt integrera de mjuka robotarna i de små och stora blodkärlen, så att interaktionen mellan roboten och kroppen är säker.
– Det gäller att utveckla mjuka robotiska system som anpassar sig och är kompatibla med den mänskliga vävnaden. Mitt fokus är hur vi ska designa robotarna och hur de ska implanteras så att de kan lindas runt blodkärlen utan att komma i direkt kontakt med blod. Jag utvecklar också mjuksensorteknologi så att patienten kan övervakas långsiktigt, berättar Kyle Mudge, som är doktorand inom medicinsk teknologi.

Individanpassa
Carina Veil är postdoktor och har en akademisk bakgrund inom kontroll och robotik. Hon arbetar bland annat med att skapa sätt att individanpassa de mjuka robotarna efter den enskilde patientens behov, förutsättningar och aktiviteter.
– Dagens artificiella hjärtpumpar arbetar med samma hastighet hela tiden, oavsett vad patienten gör. Mitt mål är att utveckla teknologi för att de mjuka robotarna ska anpassa sig efter vad personen gör, exempelvis sover eller är fysiskt aktiv, precis som ett normalt hjärta. På sikt kan teknologin för mjuka robotar även få tillämpningar inom andra områden, exempelvis vid dålig cirkulation i armar och ben orsakad av diabetes, förklarar hon.
Som med mycket forskning inom livsvetenskaperna ligger tillämpningen ganska långt fram i tiden, i detta fall kanske 10 till 15 år. Men många betydande insikter kan komma långt dessförinnan, exempelvis om hur kroppen reglerar blodtryck vilket kan mätas med samma sensorer.
Seraina vill lyfta fram Stockholm och Sverige som en optimal miljö för den här typen av forskning.
– Klinisk fysiologi tillsammans med klinisk praktik har en mycket framskjuten position i Sverige och för mig som ingenjör är det enormt värdefullt att kunna ta del av all den kunskap och information som finns inom specialiteten. Här finns väldigt goda förutsättningar att verkligen nå resultat i vår forskning.