Een team onder leiding van onderzoekers van UNC-Chapel Hill heeft een innovatief computermodel ontwikkeld van de bloedstroom in het menselijk hart. Dit model belooft de manier waarop we hartaandoeningen begrijpen, diagnosticeren en behandelen te veranderen. Het model is gebaseerd op realistische wiskundige beschrijvingen van de anatomie en fysiologie van het hart. Het is in staat de normale hartfunctie vast te leggen en kan voorspellen hoe het hart reageert op verschillende niveaus van de stroming van het bloed.
Het onderzoek bevordert de geavanceerde simulatie van de hartfunctie door driedimensionale, biomechanisch gedetailleerde weergave van alle belangrijke hartstructuren te registeren - afkomstig van CT-beeldvorming van het hart en gegevens over menselijk weefsel - om de prestaties van de hartkleppen te voorspellen en de weefselbiomechanica te modelleren. De publicatie van het onderzoek is beschikbaar in het tijdschrift PNAS Nexus.
Interventies nauwkeuriger evalueren
Hierdoor kan het model van het team de hartfunctie en de reacties op interventies nauwkeuriger evalueren. Belangrijk is dat het model fysiologische gedragingen produceert, waaronder druk-volumelussen en realistische reacties op veranderende omstandigheden, die inherent zijn aan de uitgebreide beschrijving van de hartfysiologie.
Het nieuw ontwikkelde model heeft potentiële toepassingen op verschillende gebieden, waaronder:
- De ontwikkeling van medische hulpmiddelen: Het model kan helpen bij het ontwerpen van effectievere apparaten door veranderingen in de hartfunctie te voorspellen.
- Gepersonaliseerde therapie: Door patiënt specifieke simulaties te bieden, zou het model kunnen worden gebruikt om behandelingsstrategieën te optimaliseren die zijn afgestemd op individuele behoeften.
- Cardiale digitale tweelingen: Het model zou voorspellingen kunnen geven van veranderingen in de gezondheid van het hart of de progressie van de ziekte die uitgebreide behandelplannen kunnen ondersteunen.
Boyce Griffith, directeur van het onderzoek en hoogleraar wiskunde en biomedische techniek aan UNC-Chapel Hill, benadrukt het belang van dit werk: “Ik denk dat dit werk belangrijk is omdat het de basis legt voor veel verschillende mogelijke toepassingen, waaronder het ontwerpen van medische apparatuur, het optimaliseren van behandelingen en zelfs klinische besluitvorming.”
Beter begrip van complexe dynamiek
De uitgebreide aard van het model onderscheidt het van eerdere pogingen en biedt een nauwkeuriger en betrouwbaarder hulpmiddel om de complexe dynamiek van het hart te begrijpen. Op dit moment is het het meest complete computermodel van cardiale vloeistofdynamica en vloeistof-structuur interactie, en de lopende werkzaamheden zijn erop gericht om het uit te breiden met cardiale elektrofysiologie, wat het potentieel heeft om de invloed uit te breiden naar een breder scala van hartaandoeningen, apparaten en behandelingen.
De meerwaarde van een computermodel van het hart, of de hart-op-een-chip technologie, is in de afgelopen jaren al vaker aangetoond. Zo werd tijdens de coronapandemie door wetenschappers van het LUMC gebruik gemaakt van een hart-op-een-chip model om de toen nog onbekende effecten van COVID-19 op het hart van patiënten te meten.
