Forskargruppen, som leds av K. Fraser vid institutionen för maskinteknik vid University of Bath, har skapat en effektiv och exakt metod för att simulera två mekaniska hjärtklaffar i serie, vilket är ett grundläggande krav för simuleringar av Realheart® TAH (Total Artificial Heart). Teamet har uppnått detta genom att använda sofistikerade CFD-verktyg (overset meshing tillsammans med en blandning av svag och stark koppling) för att generera exakta beräkningar av skjuvspänningen i kritiska områden under öppning och stängning av de mekaniska hjärtklaffarna. På så sätt kunde forskarna balansera den beräkningseffektivitet som krävs för att simulera hela Realheart® TAH med den noggrannhet som krävs för att lösa upp dynamiken i blodflödet.

– Hjärtklaffar är notoriskt svåra att modellera. Realheart® TAH innehåller en konstruktion med två ventiler i serie så att den första klaffens upp- och nedrörelse skapar det tryck som öppnar den andra klaffen. Detta gör beräkningsmodelleringen mer komplex", kommenterade Ina Laura Perkins, vd för Realheart och en av medförfattarna till studien. Den modell som publiceras här utgör grunden för Realheart® TAH:s beräkningsmodelleringsmetod som utvecklats av företaget och som nyligen publicerades i Nature Scientific Reports (https://www.nature.com/articles/s41598-023-32141-2). Att utveckla och använda sådana banbrytande verktyg för beräkningsmodellering gör det möjligt för oss att lära oss mer av simuleringar och därmed spara betydande tid och resurser för utveckling och testning, säger Ina Laura Perkins.

Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering Publicerar forskning om beräkningsbaserad biomekanik och biomedicinsk teknik, inklusive cellmekanik, biologiska vätskor, hemodynamik, modellering, utformning och bedömning. Tidskriften är ansluten till European Society of Biomechanics och publiceras av Taylor & Francis. Artikeln finns här: https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/10255842.2023.2199903

Forskare vid Scandinavian Real Heart och University of Bath publicerar världens första datorsimuleringsmetod för dubbla mekaniska hjärtklaffar i serie

I artikeln sammanfattas det arbete som utförts av ett internationellt forskningsteam under ledning av Dr Ina Laura Perkins och Dr Azad Najar från Scandinavian Real Heart, i samarbete med forskare vid Swansea University Medical School i Storbritannien.

Hög hemolys som kräver upprepade och frekventa blodtransfusioner är en viktig faktor som begränsar användandet av de konstgjorda hjärtan som för närvarande finns tillgängliga. Dessutom är testning av hemolys ett lagstadgat krav för alla nya produkter avsedda för behandling av patienter med hjärtsvikt. I den här studien används den så kallade "Aachen Rig" som ett steg mot att skapa en gyllene standard för att testa blodpumpar med pulserande flöde.

Forskarna använde Aachen Rig för att jämföra hemolysresultaten av Realheart V11C TAH-prototypen med data som publicerats i litteraturen. Författarna kunde visa att Realheart V11C TAH har lägre absolut och relativ hemolys jämfört med publicerade resultat för både den stora och den lilla ReinHeart TAH-enheten (ReinHeart TAH GmbH) genom att använda den kontinuerliga flödespumpen BPX-80 från Medtronic Inc. som kontroll.

– Att utveckla ett TAH är en teknisk och klinisk utmaning och att se till att hemolysen är så låg som möjligt är en nyckelfaktor som påverkar utformningen av konstgjorda hjärtan. Det är mot denna bakgrund som vi utvecklar Realheart TAH med pulserande blodflöde. Tack vare utformningen av vårt konstgjorda hjärta, med två förmak, två kamrar och ett AV-plan, kan vi generera ett naturligt blodflöde som vi förväntar oss kommer att bidra till en minskad risk för hemolys. Forskningen som publiceras i denna artikel utgör grunden för den metodik som vi använder i vår pågående jämförelse med den marknadsledande pumpen SynCardia, säger Ina Laura Perkins, vd på Realheart.

Artificial Organs är en expertgranskad biomedicinsk tidskrift som publicerar forskning inom området konstgjorda organ och medicinsk teknik. Tidskriften grundades 1977 och publiceras varje månad. Publikationen kan nås via: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/aor.14533

(En åtkomstavgift kan komma att krävas).

Resultat av Scandinavian Realhearts totala artificiella hjärta som visar lägre hemolys, publicerade i tidskriften Artificial Organs

Modellen av Realheart® TAH kan simuleras i ett brett spektrum av operativa förhållanden där variationer i hjärtfrekvens och slagvolym undersöktes. Modellen validerades med hjälp av biträdande professor Libera Fresiellos hybridsimulator, ett arbete som publicerades i den vetenskapliga tidskriften Artificial Organs 2022, och visade utmärkt överensstämmelse mellan simulering och experimentella resultat. Beräkningsmodellen bygger på Josephs tidigare arbete där han utvecklade en metod för interaktion mellan vätska och struktur för att simulera komplexa klaffrörelser.

Med utgångspunkt från detaljerade beskrivningar av bakgrund, metodik och resultat, drog Joseph slutsatsen att risken för blodskador var liten, tack vare de låga nivåerna av skjuvpänningar i pumpen. Dessutom var den utmärkta strömningen av blod genom pumpen under drift jämförbar med andra liknande enheter som undersökts, vilket tyder på låg risk för blodproppsbildning.

Bornoff har första klass MEng (Hons) i maskinteknik från University of Bath, och genomför för närvarande en doktorsexamen vid University of Bath, där han forskar om en multiskalig analys av ett nytt totalt artificiellt hjärta, i samarbete med Scandinavian Real Heart sedan 2020. Bornoff är aktiv inom flera forskningsområden, till exempel fluidstrukturinteraktion, konstgjorda hjärtan samt numeriska modeller och beräkningsbaserad strömningsdynamik.

– Användningen av denna typ av datorsimulering gör det möjligt för oss att öka produktiviteten i utvecklingen av Realheart TAH och framtida produkter genom att minska antalet tester och samtidigt öka förståelsen för sambanden mellan form och funktion. Detta gör att vi ligger i framkant när det gäller sofistikerad preklinisk testmetodik som sparar resurser och minskar behovet av djurförsök", säger Ina Laura Perkins, VD för Realheart.

Scientific Reports är en globalt erkänd tidskrift med expertgranskning som täcker alla områden inom naturvetenskap, psykologi, medicin och teknik, och var den femte mest citerade tidskriften i världen 2021. Joseph Bornoffs artikel: "Fluid-structure interaction modelling of a positive-displacement Total Artificial Heart" har publicerats i samlingen Artificial Organs som omfattar nya metoder som kan användas för att förbättra konstgjorda organ eller studier som bedömer deras funktion, och finns online här: https://rdcu.be/c9T04

Joseph Bornoffs simuleringar av Realheart har publicerats i Scientific Reports

 – Försäljningen kommer sannolikt enbart begränsas av hur många artificiella hjärtan vi har kapacitet att producera, säger bolagets vd Ina Laura Perkins. Vi har stora fördelar med vårt TAH eftersom vi har börjat automatisera delar av produktionsprocessen i ett tidigt utvecklingsskede. Med det sagt så har vi långsiktigt inga begränsningar för volymproduktion, fortsätter Ina Laura.

En viktig faktor i produktionen är det beviljade Eurostars 3-bidraget på 10 MSEK som Realheart har fått tillsammans med Berlin Heart för att automatisera processen för membranproduktion. Just membranen är en kritisk komponent i bolagets artificiella hjärta och måste tillverkas med hög precision och orubblig repeterbarhet. Det bästa sättet att åstadkomma detta är att automatisera tillverkningsprocessen. Därför samarbetar Realheart med Berlin Heart, som är experter inom området utveckling och tillverkning av membranteknologier som framgångsrikt används i deras externa hjärtpumpar. 

Enligt WHO och flera andra aktörer är hjärt- och kärlsjukdomar idag den vanligaste dödsorsaken globalt i höginkomstländer, och antalet drabbade bara ökar, liksom det antal år patienten kan leva med sin sjukdom. Sammantaget betyder det en kraftigt ökad belastning och kostnadsökning för vården. Enligt forskning[1] kommer notan globalt att öka från 346 miljarder USD år 2012 till 400 miljarder USD år 2030. Hjärtsvikt är en typ av hjärtkärlsjukdom där hjärtat inte längre orkar pumpa den mängd blod som kroppen behöver. Ca 300 000 svenskar[2] har hjärtsvikt och runt 64 miljoner[3] människor är drabbade globalt.

Nya behandlingsalternativ behövs och här kan ett artificiellt hjärta vara ett alternativ som ligger nära i tiden för patienter med svår hjärtsvikt. Ett tillräckligt bra TAH kan bidra till minskat lidande för drabbade och har samtidigt potential att reducera vårdkostnaderna för hjärtsvikt.

Realheart räknar med att inleda kliniska prövningar under 2024 samt att en marknadslansering kan ske under 2025/2026.

Marknadsbehov i USA och Europa bedöms vara 200 000 artificiella hjärtan per år - motsvarande 200 miljarder SEK – och trenden är stigande

För andra året i rad finns Realheart med på Business Swedens healtcarekonferens Swiss Nordic Bio (https://www.swissnordicbio.com/) i Zürich. Konferensen riktar sig till bolag och investerare inom life science och marknadsintresset för totala artificiella hjärtan (TAH) är stort. I dagsläget finns mycket begränsade genomförbara alternativ för de miljontals patienter som är i behov av ett nytt hjärta. Realheart ligger i framkant när det gäller att utveckla en TAH-lösning som förväntas ha betydande fördelar jämfört med de konstgjorda hjärtan som finns tillgängliga idag. Några av dessa förväntade fördelar är att designen av TAH är mycket lik det mänskliga hjärtat, det har ett naturligt, pulserande blodflöde (vilket förväntas minska riskerna för blodrelaterade biverkningar) samt en sensorbaserad självreglering. Dessutom består TAH av två separata pumpar, vilket möjliggör en bättre placering i bröstet och det har en lång batteritid. Ett tillräckligt bra alternativ kan således rädda liv och medföra en god livskvalitet samtidigt som kostnaderna för hälso- och sjukvården minskas.

– Det är fantastiskt att kunskapen om de möjligheter som finns i och med en ny generation TAH:s sprider sig. Vi märker det inte bara på utbudet av mässor och konferenser, utan också på att vårt nätverk av kirurger och andra specialister växer, vilket resulterar i att vi kan rekrytera mycket kvalificerade medarbetare med stor erfarenhet av hjärtpumpar och thorax-kirurgi, säger vd Ina Laura Perkins.

Mängden potentiella patienter för Realheart är tyvärr obegränsad och tillgången på hjärttransplantat är inte i närheten av att matcha behovet av ett nytt hjärta. Idag dör 9 miljoner människor årligen av hjärt-kärlsjukdomar och stroke, som sammantaget är den vanligaste dödsorsaken globalt. Bolagets franska konkurrent har prognostiserat att omsätta över 100 MSEK redan i år, det vill säga första året de är fullt kommersiella på TAH-marknaden. Realheart bedömer att marknaden för Realheart® TAH enbart kommer att begränsas av hur många enheter som kan tillverkas. En fördel med bolagets hjärta är att det inte består av några biologiska vävnader, utan bara ren mekanik och ett modulärt byggsätt. Det här gör att det inte finns några begränsningar när det kommer till serietillverkning.

– Vi utvecklar vårt totala artificiella hjärta för att det ska vara det absolut bästa för patienterna och ge dem en fortsatt bra livskvalitet, men också för att möjliggöra en snabb kirurgi, vilket vi också har visat i våra djurstudier. Vi har en enorm utmaning framför oss men med vetskapen om att varje TAH skulle kunna ge patienten 5-10 år ytterligare att leva – och dessutom är utbytbart, så känns utmaningen mycket relevant och målet för marknadslansering ligger kvar 2026, säger Ina Laura Perkins.

Konferensen är ett mycket bra tillfälle för bolaget att visa upp Realheart® TAH för medtech-investerare och sprida budskapet om ett kommande paradigmskifte inom vård av svårt hjärtsjuka patienter. Med de behandlingsmetoder som används idag drabbas patienter av långvariga hälsoproblem och sjukhusvistelser. Det betyder personligt lidande samt hög belastning på och stora kostnader för sjukvårdssystemet. Med bolagets TAH på marknaden kommer hjärtsviktspatienters liv kunna räddas, samtidigt som det bidrar till minskade vårdkostnader för samhället.

Realhearts vd presenterar för investerare på Swiss Nordic Bio healthcarekonferens

CEO Ina Laura Perkins, Realheart

Dr Najar hade äran att berätta om innovationsresan för Realheart® TAH, det vill säga vägen från idé till en snart färdig produkt. Resan tar många år av forskning, utveckling, finansieringslösningar och behov av spetskompetens. Men Azad betonade också vikten av tålamod och mod för att lyckas.

– Vi är mycket glada att de unika fördelarna med Realheart® TAH, har fått en sådan stor spridning världen över. Just den här konferensen har stor betydelse då den arrangeras av lokala innovatörer i UAE, vilket öppnar upp för möten med nya intressegrupper, utöver de medicinska forskare, kirurger och läkare som vi tidigare har presenterat inför. Vår strategi är att nå ut till flera stora marknader i världen samtidigt,” säger Azad Najar, Innovations- och medicinsk chef på Realheart.

Realheart® TAH är världens första artificiella hjärta som är utformat för att efterlikna det mänskliga hjärtats struktur och funktion. Det ska helt kunna ersätta sjuka hjärtan och därmed rädda liv på patienter med livshotande hjärtsvikt. Just nu pågår prekliniska studier, med mål att inleda kliniska studier under 2024.

64 miljoner patienter världen över lider av hjärtsvikt, men få behandlas i dag med ett artificiellt hjärta eftersom de alternativ som hittills varit tillgängliga inte är tillräckligt bra. Realheart utvecklar ett totalt artificiellt hjärta som producerar ett fysiologiskt blodflöde med mål att reducera vanliga biverkningar, för att skapa en bättre livskvalitet för patienterna. I Mellanöstern lider cirka 3,8 miljoner människor av hjärtsvikt och patienterna insjuknar i genomsnitt när de är tio år yngre än i västvärlden.

Azad Najar, Realheart