Непорочные сердца. Новый сердечный клапан может расти вместе с ребёнком.

Устройство нового искусственного сердечного клапана, который может расти вместе с реципиентом: три созданные на стыке тканевой инженерии и регенеративной медицины трубки – диаметром около 16 мм каждая – сшиты вместе в имитирующее структуру сердечного клапана замкнутое кольцо с диаметром 19 мм. 

Новое революционное исследование, проведённое представителями Медицинской школы Университета Миннесоты с одной стороны и его же Научно-инженерного колледжа – с другой, показывает, что новый вид созданных в лаборатории сердечных клапанов, которые вот уже год как имплантированы молодым ягнятам, способны расти внутри реципиента. Результаты проведённых тестов также показали, что, в сравнении с клапанами животного происхождения, которые для наглядности используются на таких же животных одновременно с разработкой, новинка снижает кальцификацию и улучшает функцию кровотока.

Получение этих же результатов в испытаниях на людях будет означать, что изделия могут в корне изменить процесс лечения тысяч детей с врождёнными пороками сердца, рождающихся каждый год. Если сейчас по мере взросления ребёнка, ему нужно раз в несколько лет ложиться под скальпель для замены старого клапана, из которого маленький пациент уже вырос, на новый, большего размера, то теперь медицина имеет все шансы предотвратить необходимость повторных операций подобного толка. Более того, в отличие от «моделей» животного происхождения, используемых сейчас, новые клапаны можно хранить не менее полугода, что и предоставит хирургам готовый вариант лечения вследствие большей доступности в случае необходимости.

«Это огромный шаг вперёд в педиатрических исследованиях сердца, – говорит Роберт Транквилло, старший научный сотрудник исследования, профессор кафедры биомедицинской инженерии и кафедры химической инженерии и материаловедения Университета Миннесоты. – Это первая демонстрация того, что клапан, имплантированный крупному животному, в нашем случае ягнёнку, может расти вместе с животным вплоть до совершеннолетия. Нам ещё многое предстоит пройти, но это значительно продвигает нас по пути к будущим клиническим исследованиям на детях. Мы взволнованы и оптимистичны по поводу возможности того, что это действительно станет реальностью в ближайшие годы».

До сих пор у медицинских инженеров не получалось разработать сердечный клапан, который мог бы расти и поддерживать свою функцию на всём этапе детского развития. Единственными приемлемыми вариантами для малышей с пороками сердца являются клапаны, сделанные из химически обработанных тканей животных, которые часто теряют эластичность и прочие свойства из-за кальцификации – дегенеративного процесса отложения фосфатов кальция в мягких тканях (с высоким процентом летальности, когда это касается сердца и сосудов). Это пагубное явление становится причиной нарушения основной функции имплантов. Но, кроме этого, их нужно менять ещё и потому, что они не растут вместе с ребёнком, вследствие чего таким детям часто приходится переносить до пяти – а нередко и больше – операций на открытом сердце. И так до тех пор, пока во взрослом возрасте не будет имплантирован механический клапан, что, в свою очередь, потребует от них приёма антикоагулянтов на протяжении всей оставшейся жизни.

В этом исследовании Транквилло и его коллеги задействовали технологии тканевой инженерии и регенеративной медицины. В течение восьми недель они использовали специальный метод тканевой инженерии, который сами же разработали в лаборатории ранее для создания сосудовидных трубок из клеток кожи донора. В той работе учёные объединили донорские клетки кожи овцы в желатиноподобном материале, называемом фибрином, в форме трубки, после чего поместили их в биореактор, где обеспечили необходимыми для роста клеток питательными веществами.

Затем с использованием специальных детергентов все овечьи клетки были отделены с тканеподобных трубок путём смывания с минимумом повреждений. По завершении процесса получился бесклеточный коллагеновый матрикс, который не вызывает иммунной реакции при имплантации. Это означает, что трубки-заготовки можно не только хранить, но и имплантировать, не требуя индивидуального наращивания на них клеток реципиента.

Следующим шагом было точно сшить три такие трубки – диаметром около 16 мм каждая – вместе в замкнутое кольцо. Затем исследователи слегка подрезали их, чтобы создать створки, имитирующие структуру, похожую на сердечный клапан диаметром около 19 мм.

«После этих начальных шагов он выглядел как сердечный клапан, но тогда возник вопрос, может ли он работать как сердечный клапан и может ли он расти, – рассказывает Транквилло. – Наши результаты подтвердили оба пункта».

Это второе поколение трёхтрубных клапанов было имплантировано в лёгочную артерию трех ягнят. Через 52 недели клапан регенерировался, поскольку его матрица заселялась клетками ягнёнка-реципиента, а диаметр увеличился с начальных 19 мм до примерно 25 мм, физиологически нормальных для реального клапана. Исследователи также отметили увеличение длины створок клапана: по данным УЗИ оно составило от 17 до 34%. Кроме того, оказалось, что в некотором отношении трёхтрубные клапаны работают лучше, чем существующие клапаны животного происхождения. Учёные отметили, что такие нежелательные трудности как кальцификация или свёртывание крови, которые наблюдались у ягнят того же возраста после имплантации других клапанов, практически отсутствовали.

«Из предыдущих исследований мы знали, что сконструированные трубки обладают способностью к регенерации и росту в модели растущего ягнёнка, но самая большая проблема заключалась в том, как поддерживать функцию створки в растущем клапанном канале, который проходит через 40 миллионов циклов в год, – говорит Зишан Сиэдайн, ведущий исследователь проекта и старший научный сотрудник Университета Миннесоты в лаборатории Транквилло. – Когда мы увидели, как хорошо работают клапаны в течение всего года от молодого барашка до взрослой особи, это было очень интересно».

Теперь, по словам профессора Транквилло, команда хочет имитировать наиболее распространённое хирургическое вмешательство – имплантировать трёхтрубный клапан непосредственно в правый желудочек сердца. Затем предстоит начать процесс запроса разрешения на проведение клинических испытаний на людях в течение следующих нескольких лет.

«Если мы когда-нибудь сможем одобрить эти клапаны для детей, это окажет такое большое влияние на детей, страдающих сердечными пороками, и их семьи, которым приходится иметь дело с огромным стрессом от многочисленных операций, – говорит Транквилло. – Мы могли бы потенциально сократить количество операций, которые придётся перенести этим детям, с пяти до одной. Это мечта».

АРМК, по материалам The University of Minnesota