Сердечные клапаны быстрого изготовления «разрулили» кровоток овец сразу после имплантации

Исследователи разработали метод дешёвого изготовления сердечных клапанов за считанные минуты, которые функционируют сразу после имплантации. Технологию они описали в журнале Matter, а вообще для простоты образно сравнивают с «аппаратом для приготовления сахарной ваты с феном позади».

Биоинженер из Гарвардского университета и один из авторов исследования Майкл Питерс рассказал, что основные преимущества метода — скорость и точность при изготовлении. Создатели сумели из очень маленьких, в наномасштабе, волокон имитировать внеклеточную основу, внутри которой смогут расти и жить клетки сердечного клапана. Более того, биофизики могут ткать полноценные клапаны за считанные минуты. А прочие доступные в настоящее время технологии требуют на аналогичный результат недель или даже месяцев.

Пульмональный клапан сердца расположен в месте выхода лёгочного ствола из правого желудочка. У него три изогнутые заслонки, которые обеспечивают ток крови только в лёгочный ствол. Пульмональный клапан отвечает за контроль одностороннего кровотока через сердце, с каждым ударом он полностью открывается, позволяя крови течь в нужном направлении, а затем полностью закрывается, предотвращая обратный кровоток.

Для изготовления клапанов исследователи направляют воздушными струями жидкий полимер на шаблон нужной формы. В результате получается бесшовная сетка из мельчайших волокон. Клапаны задуманы и как временные, и как регенерирующие, если необходимо. То есть представляют собой пористый каркас, в который прорастают естественные клетки организма, и по мере биоразложения полимера клапан становится, как естественный.



Клетки слишком малы, нанометрового масштаба, и 3D-печать здесь не помогла бы. А сфокусированное вращение струи воздуха способно формировать структуры нужного размера. Когда растущие клетки организма забираются в этот каркас, они чувствуют себя как в сердечном клапане, а не среди синтетики, прокомментировал старший автор научной работы биоинженер Кит Паркер из Гарвардского университета.

Коллеги проверили прочность, эластичность и способность клапанов многократно открываться и закрываться с помощью дубликатора импульсов, то есть устройства, имитирующего сердцебиение.

Натуральный сердечный клапан функционирует миллиарды циклов на протяжении всей жизни человека. Искусственные должны быть очень эластичными и сохранять форму. А также аналоги должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать обратное давление крови, добавил Майкл Питерс.

Учёные также выращивали сердечные клетки на клапанах, чтобы проверить биосовместимость и посмотреть, насколько хорошо клетки могут проникать в каркасы.


— Сара Мотта, соавтор исследования, биофизик в Гарвардском и Цюрихском университетах.

Наконец, исследователи протестировали функциональность клапанов на овцах. Эти подопытные подошли по нескольким причинам: физическая нагрузка на сердца овцы и человека схожи. А также сердца овец подвержены ускоренному метаболизму кальция, что представляет повышенный риск отложений — это распространённое осложнение для людей с искусственным сердечным клапаном.

Хирурги имплантировали клапаны двум овцам и в течение часа контролировали положение и работу с помощью УЗИ. Оба клапана успешно встали на место и сразу же заработали. Но у одной овцы клапан сместился через несколько минут. Исследователи думают, что он был неподходящего размера. У второй овцы клапан демонстрировал хорошую функциональность в течение часа. Посмертный анализ подопытного животного показал, что осложнений в виде разрывов или образования тромба не случилось, а клетки организма уже начали приживаться к искусственному заменителю.

В дальнейшем группа биофизиков планирует проверить работу клапанов в течение более длительного времени и на большем количестве овец. До испытаний на людях — путь традиционно неблизкий.