Биологи представили искусственные сердечные клапаны, которые могут расти вместе с сердцем. Такие имплантаты необходимы детям с пороками сердца. Сейчас растущим пациентам приходится раз за разом переносить операции по замене клапанов. Об этом пишет
Ученые успешно протестировали имплантаты, полученные с помощью тканевой инженерии, на растущих ягнятах. Работа опубликована в Science Translational Medicine.
Проблемы
Взрослым пациентам с нарушениями работы сердечных клапанов доступны механические имплантаты из различных материалов. При этом операция по установке которых — достаточно рутинная процедура. Для детей же с подобными пороками сердца доступны только искусственные клапаны из зафиксированных тканей животных. К тому же они твердеют со временем и из-за этого теряют свою функциональность.
Однако, это не единственная проблема. Дети растут, увеличиваются в размерах их сердца, а искусственные клапаны вырасти не могут. В результате пациентам приходится регулярно проходить инвазивную операцию по замене клапана — от одного до пяти раз. А иногда и больше.
Команда биологов под руководством Роберта Транкилло (Robert Tranquillo) из Миннесотского университета уже не первый год ведет разработку новых сердечных клапанов, которые бы подстраивались под растущий детский организм.
Для получения материала для клапанов исследователи предлагают выращивать в лабораторных условиях из фибробластов ткани. Они образовывают внеклеточный матрикс — сеть коллагеновых волокон. Клетки с этого каркаса можно смыть, а из оставшегося матрикса «сшить» основу для имплантата. Дальше в игру вступают регенеративные способности организма, который получает имплантат. Клетки реципиента заселяют каркас и образуют новую функциональную ткань.
Ранее ученые уже испытывали сердечные клапаны из такого материала на ягнятах. Но, судя по результатам работы, тогда они просчитались с формой клапанов. Выяснилось, что в период между 12 и 22 неделями испытаний имплантаты не выдерживали нагрузки.
Попытка решения
Теперь группа Транкилло пересмотрела дизайн искусственного клапана. Вместо «трубки-в-трубке» биологи сшили вместе три коллагеновых трубки диаметром в 16 миллиметров. И визуально, и согласно результатам компьютерного моделирования новая конструкция обещала быть прочнее.
Кроме того, конструкцию представили в двух вариантах. Причем во втором добавили еще один коллагеновый слой, рукав вокруг клапана.
Первый вариант искусственного клапана имплантировали четырем ягнятам в возрасте четырех месяцев. У двух животных размер клапана слишком сильно увеличился и потерял в функциональности к 4 и 12 неделе испытания. А спустя 8 недель эти имплантаты пришлось удалить.
Еще два клапана хорошо проработали до 28 и 52 недели, соответственно, но затем их диаметр также чрезмерно увеличился. Во всех случаях следствием такого избыточного роста стал сильный заброс крови из легочного ствола обратно в правый желудочек сердца.
Второй вариант имплантата установили трем ягнятам в возрасте трех с половиной месяцев. Через 52 недели имплантаты удалили не из-за возникших проблем, а по плану исследования. При этом обратный ток крови был легким или средним у всех трех животных. За это время диаметр клапанов увеличился с 19 до 25 миллиметров вслед за ростом самих ягнят.
Несмотря на небольшой размер выборки, результат испытания второго варианта имплантата вселяет в исследователей оптимизм. Что вызывает оптимизм, это то, что выживаемость животных заметно улучшилась. Кроме того, клапаны, представленные учеными, оказались устойчивыми к затвердению. Для сравнения, в рамках этого же исследования одному ягненку поставили один из доступных на данный момент в педиатрии имплантатов. Но он умер уже на 11 неделе из-за затвердевшего клапана и тромбоза.
Ранее другая команда биологов представляла «растущие» сердечные клапаны из искусственного материала. Причем уже проверенного в клинической практике политетрафторэтилена. Тогда исследование тоже провели на ягнятах, но в течение лишь восьми недель.
