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Conducting Polymer Based Flexible and Conductible Heart Patch

Erwan Sauvage

Master's thesis (2022)

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Abstract

Engineering cardiac implants to treat myocardial infarction (MI) has progressively emerged but challenges to mimic structural properties and variability of cardiac tissues with tradi-tional bioconstruct and conventional engineering methods remain. In this work, a synthetic patch with bioactive surface has been prepared to quickly reinstate the functionality of the damaged myocardium. Combination of a composite, soft, and conductive hydrogel based on (3,4- ethylenedioxythiophene):polystyrene-sulfonate (PEDOT:PSS), with polyvinyl alcohol (PVA), a cardiac patch with high electrical conductivity (40 S/cm) and high stretchability (E=5 Mpa), that can stretch until 50 % of its original length has been designed. Our find-ings demonstrate that the material has also a resilience of 10 % cyclic stretching at 1Hz with no loss of conductivity over time. By adding N-cadherin protein using a Steglich esterifica-tion, a bioactive surface has been formed on the cardiac patch, preventing the formation of bacterial biofim (Staphylococcus aureus). This work not only create a structurally approved patch with strong mechanical and conductive properties but also biofunctionality to facilitate biointegration, holding great promise to mitigate the burden from MI.

Résumé

Les maladies coronariennes entraînent souvent des infarctus du myocarde (IM), qui sont les principales causes de décès dans le monde. L’infarctus apparaît lorsque le muscle cardiaque n’est plus vascularisé et commence à se nécroser. Les cellules mortes sont remplacées par un tissu cicatriciel fibreux non contractile, ce qui entraîne une diminution de la capacité cardiaque. Les traitements actuels de l’infarctus du myocarde reposent sur des interventions chirurgicales (pontage coronarien) ou médicamenteuses pour prévenir l’aggravation des lé-sions et tenter de revasculariser les parties détruites, afin de réduire la morbidité et de limiter les pertes de la fonction de pompage du cœur. Une autre solution consiste à utiliser des dispositifs d’assistance mécanique tels que les cœurs artificiels ou des transplantations car-diaques. Cependant, la technologie et les donneurs disponibles sont limités et ces méthodes n’offrent pas encore de réelles solutions à long terme. Les patchs cardiaques fabriqués à partir de matériaux synthétiques et conducteurs sem-blent prometteurs pour aider le cœur à retrouver sa conductivité électrique et promouvoir la régénération du myocarde. Le PEDOT:PSS est un polymère conducteur qui est considéré comme ayant d’excellentes propriétés pour l’ingénierie tissulaire. Flexibles, étirables, antibactériens, biocompatibles et fonctionnalisables, les hydrogels à base de PEDOT:PSS pourraient être les candidats idéaux pour la fabrication de patchs cardiaques. Dans ce mémoire, nous avons créé un hydrogel à base de PEDOT:PSS et de PVA. Nous avons mélangé du PVA, du DMSO et du PEDOT:PSS et séché la solution dans un four pour obtenir un film noir, sec et autoportant. Une fois immergé dans l’eau, le film gonfle et devient un hydrogel. Nous avons mesuré le taux de gonflement ainsi que la teneur en eau des hydrogels et découvert qu’ils diminuent avec la quantité de PVA ajoutée dans l’hydrogel. Nous avons effectué des tests de traction sur l’hydrogel et mesuré son module d’Young ainsi que l’élongation à la rupture pour différentes concentrations de PVA. Nous avons constaté que si tous les hydrogels avaient le même module d’Young, l’élongation à la rupture augmentait avec la quantité de PVA ajoutée. Nous avons mesuré la résistance électrique, l’épaisseur et la conductivité de l’hydrogel dans un état de repos et pendant un étirement. Nous avons trouvé que la conductivité électrique de l’hydrogel diminue avec la quantité de PVA ajoutée et que la conductivité de tous les hydrogels est stable pendant leurs élongations. Nous avons également mesuré la conductivité des hydrogels pendant une élongation cyclique et avons trouvé que les hydrogels sont résistants à l’étirement cyclique et que leur conductivité est stable. Nous avons mesuré l’angle de contact et la topologie de l’hydrogel pour différentes concentrations de PVA. Les hydrogels avec plus de PVA sont plus hydrophiles. Nous avons fonctionnalisé les hydrogels avec un peptide imitant la N-cadhérine et découvert qu’ils présentent des propriétés antibactériennes.

Department: Institut de génie biomédical
Program: Génie biomédical
Academic/Research Directors: Fabio Cicoira and Géraldine Merle
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/10591/
Institution: Polytechnique Montréal
Date Deposited: 03 Mar 2023 15:07
Last Modified: 08 Apr 2024 10:14
Cite in APA 7: Sauvage, E. (2022). Conducting Polymer Based Flexible and Conductible Heart Patch [Master's thesis, Polytechnique Montréal]. PolyPublie. https://publications.polymtl.ca/10591/

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