Учёные говорят: «Хлопок»

Опубликован в

Совершив новый прорыв, ученые изобрели экономически эффективный метод создания сердечных клапанов всего за несколько минут. Примечательно, что эти сердечные клапаны были готовы функционировать сразу после того, как их вживили овцам.

Команда исследователей назвала эту технику «Фокусированное ротационное струйное вращение», похожее на машину для производства сладкой ваты с феном. Несмотря на необходимость более обширных исследований in vivo для оценки долговечности этих клапанов, они успешно регулируют кровоток у овец в течение часа.

Этот новаторский прототип был только что опубликован в журнале Matter.

«Два больших преимущества нашего метода — это скорость и пространственная точность», — объясняет первый автор Майкл Питерс. «Мы можем создать очень маленькие волокна – в наномасштабе – которые имитируют внеклеточный матрикс, внутри которого привыкли жить и расти клетки сердечного клапана, и мы можем раскручивать полные клапаны за считанные минуты, в отличие от доступных в настоящее время технологий, которые могут занять недели или месяцы, чтобы сделать».

В состав клапанов легочного сердца входят три полуперекрывающиеся створки или створки, колеблющиеся при каждой пульсации сердца. Эти листочки играют решающую роль в обеспечении однонаправленного кровотока в сердце. Они полностью открываются при каждом ударе сердца, способствуя прямому току крови, а затем полностью закрываются, предотвращая обратный ток.

Чтобы создать клапаны, исследователи используют воздушные струи, чтобы направить жидкий полимер на каркас, имеющий форму клапана, в результате чего получается бесшовная сеть микроскопических волокон.

Эти клапаны намеренно являются временными и регенеративными. Они создают пористую основу, которая обеспечивает клеточную инфильтрацию и накопление. По мере естественного разложения полимера клетки постепенно захватывают его и заменяют.

«Клетки действуют в нанометровом масштабе, и 3D-печать не может достичь этого уровня, но сфокусированное вращательное вращение струи может поместить туда пространственные сигналы нанометрового масштаба, так что, когда клетки заползают на этот каркас, они чувствуют себя так, как будто они в сердечном клапане, а не в синтетическом каркасе», — добавляет старший автор Кит Паркер. «Здесь есть определенная хитрость».

Группа исследовала долговечность, гибкость и возможность многократного открытия-закрытия клапанов. Для проведения этих тестов они использовали дубликатор пульса — устройство, имитирующее ритмическое биение сердца.

«Нормальный сердечный клапан функционирует в течение миллиардов циклов на протяжении всей жизни, поэтому его постоянно растягивают, растягивают и стимулируют», — добавляет Питерс. «Они должны быть очень эластичными и сохранять свою форму, несмотря на механические воздействия, а также быть достаточно прочными, чтобы выдерживать противодавление крови, пытающейся течь назад».

Кроме того, они культивировали сердечные клетки на клапанах, чтобы оценить их совместимость с биологическими системами и убедиться в эффективности клеточной инфильтрации в каркасные структуры.

«Клапаны находятся в прямом контакте с кровью, поэтому нам необходимо убедиться, что материал не вызывает тромбоза или закупорки кровеносных сосудов», — добавляет первый автор Сара Мотта.

Далее они изучили непосредственную эффективность этих клапанов на овцах, которые по нескольким причинам являются отличной животной моделью. Динамика внутри сердца овец и людей очень схожа, и сердце овцы представляет собой сложную среду для сердечных клапанов из-за быстрого метаболизма кальция у этого вида, что может увеличить вероятность образования отложений кальция, что является распространенной проблемой у реципиентов сердечных клапанов. .

Команда успешно имплантировала эти клапаны двум овцам и в течение часа оценивала их расположение и работу с помощью ультразвука. Оба имплантированных клапана сработали мгновенно; однако через некоторое время один клапан у овцы сместился, что, как подозревают исследователи, произошло из-за несоответствия размеров. Клапан второй овцы функционировал удовлетворительно в течение часа, а патологоанатомическое исследование не выявило никаких осложнений, таких как разрывы или образование тромбов. Также было замечено, что клетки уже начали проникать и прилипать к клапану.