Development of a Fully-Implantable Ventricular Assist Device for Neonates and Children with Heart Failure - with Magnetic Levitation to Improve Hemocompatibility

开发用于新生儿和心力衰竭儿童的完全植入式心室辅助装置 - 通过磁悬浮改善血液相容性

基本信息

  • 批准号:
    10418720
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 68.72万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-08-01 至 2024-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY The annual incidence of pediatric heart failure due to congenital heart disease (CHD) is 1 to 2 cases per 1000 births. Whereas 10,000 to 14,000 children are hospitalized annually in the United States waiting for a new heart, only 444 transplants were performed in 2016, illustrating the drastic shortage of donor hearts. The only long- term treatment alternative to a heart transplant is the implantation of a ventricular assist device (VAD), a pump that helps the failing heart to pump blood until a new heart is available. However, these VADs are too large to be fully implantable in children under 4 years of age; therefore, these VADs are placed externally near the abdomen, with tubes running through the skin. These tubes can lead to infection, and they prevent the children from leaving the hospital for the duration of pump support, which can exceed 1 year. Additionally, the survival rate of patients weighing less than 5 kg with the currently available VADs is dismal; more than 60% of these children die after VAD implantation, stroke being the most common cause of death. Therefore, there is a need to design a safer, fully implantable pediatric VAD to improve the survival of both infants and young children. This VAD also needs to be adjustable with the child’s growth and development, meaning that it must provide higher blood flow and pressure as the child grows. The objective of this study is to develop the first fully implantable VAD (NeoVAD) for infants and young children, which would help the failing heart until a suitable donor heart is available. In Aim 1, development of a miniature magnetic levitation system to eliminate mechanical wear and optimize the pump performance is proposed, which will provide a long-term circulatory support. The hemodynamic performance of the NeoVAD in steady-state flow environments at different physiological operating points will be investigated in Aim 2. Finally, in Aim 3, systemic hemocompatibility and hemodynamic performance of the NeoVAD will be evaluated by in vitro and large-animal studies. This pump, after implantation, would allow pediatric heart failure patients to return to a near-normal life outside the hospital. This research will give new insights into designing a pump that can support the failing heart for a wide range of patients, from infants to children weighing up to 20 kg. This wide range of support would eliminate the need to change VADs or undergo multiple heart transplants as the child grows, both of which are risky procedures. Also, this research will include an in-depth study of pump-blood interaction across the patient age range, allowing us to study how blood shear stress is affected by changes in blood flow rate and pressure as the child grows. This study will enable us to design the first safe, fully implantable VAD for young children, which would reduce the risk of stroke, bleeding, and infection and improve their chances of survival. We expect that with the implanted NeoVAD, pediatric CHD patients can live a near-normal life outside the hospital, which would be a significant improvement in their quality of life.
项目概要 先天性心脏病 (CHD) 引起的小儿心力衰竭的年发病率为每 1000 人 1 至 2 例 除了美国有 10,000 至 14,000 名儿童住院等待新心脏外, 2016 年仅进行了 444 例移植手术,说明供体心脏严重短缺。 心脏移植的替代疗法是植入心室辅助装置 (VAD)、泵 它可以帮助衰竭的心脏泵血,直到有新的心脏可用。但是,这些 VAD 太大了,无法实现。 可完全植入 4 岁以下的儿童体内;因此,这些 VAD 放置在体外靠近 腹部,有穿过皮肤的管子,这些管子可能会导致感染,并且会阻止儿童出生。 在泵支持期间离开医院,该期间可能超过 1 年。 体重低于 5 公斤的患者使用目前可用的 VAD 的比率很低,其中超过 60%; 儿童在 VAD 植入后死亡,中风是最常见的死亡原因,因此有必要。 设计一种更安全、完全植入式儿科 VAD,以提高婴儿和幼儿的生存率。 VAD还需要随着孩子的成长和发展进行调整,这意味着它必须提供更高的 这项研究的目的是开发第一个完全植入的装置。 适用于婴儿和幼儿的 VAD (NeoVAD),这将有助于衰竭的心脏,直到找到合适的捐赠心脏 在目标 1 中,开发微型磁悬浮系统以消除机械磨损和。 建议优化泵性能,这将提供长期的循环支持。 NeoVAD在不同生理操作下的稳态血流环境中的血流动力学性能 点将在目标 2 中进行研究。最后,在目标 3 中,全身血液相容性和血流动力学 NeoVAD 的性能将通过体外和大型动物研究进行评估。该泵在植入后, 将使小儿心力衰竭患者在医院外恢复近乎正常的生活。 这项研究将为设计一种泵提供新的见解,这种泵可以为衰竭的心脏提供广泛的支持 从婴儿到体重不超过 20 公斤的儿童,这种广泛的支持将消除对患者的需要。 随着孩子的成长,更换 VAD 或进行多次心脏移植,这两种手术都是有风险的。 这项研究将包括对整个患者年龄范围内的泵血相互作用的深入研究,使我们能够 研究随着孩子的成长,血液剪切应力如何受到血流速率和压力变化的影响。 研究将使我们能够为幼儿设计第一个安全的、完全植入式的 VAD,这将 我们期望降低中风、出血和感染的风险并提高他们的生存机会。 植入 NeoVAD 后,儿科先心病患者可以在医院外过上近乎正常的生活,这 他们的生活质量将得到显着改善。

项目成果

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