שסתומי לב מלאכותיים

מודרני, זמין לשימוש קליני, ביולוגי מלאכותי הלב שסתומים, למעט אוטוגראפט ריאתי, הם מבנים שאינם קיימא, כי חוסר פוטנציאל לצמיחה ותיקון רקמות. זה מטיל הגבלות משמעותיות על השימוש בהם, במיוחד בילדים תיקון של הפתולוגיה valvular. הנדסת רקמות כבר נוצר במהלך 15 השנים האחרונות. מטרתו של כיוון מדעי זה היא יצירה בתנאים מלאכותיים של מבנים כגון שסתומי לב מלאכותיים עם משטח עמיד בפני טרומבו ואינטרסטיטיום בר קיימא.

[1], [2],

כיצד מתפתחים שסתומים לב מלאכותיים?

מושג מדעי של הנדסת רקמות מבוסס על הרעיון של יישוב וטיפוח תאי חיים (פיברובלסטים, תאי גזע, וכו ') בשנת שלד נספגים סינטטי או טבעי (מטריקס) מייצג מבנה שסתום תלת ממדי, כמו גם על אופן השימוש בסימנים המווסתים את הביטוי של גנים, ארגון ופרודוקטיביות המושתלים תאים במהלך התקופה של היווצרות של המטריצה תאיים.

שסתומים לב מלאכותיים אלה משולבים ברקמת החולה לצורך שחזור סופי ותחזוקה נוספת של המבנה והתפקוד שלו. לפיכך על מטריצה ראשונית כתוצאה התאים הפעולה (פיברובלסטים ו myofibroblasts al.), A kollagenoelastinovy מסגרת חדשה או, ליתר דיוק, מטריקס. כתוצאה מכך, אופטימלי הלב שסתומים מלאכותיים שנוצרו על ידי השיטה של הנדסת רקמות צריך, על ידי המבנה האנטומי שלהם ואת הפונקציה, הגישה יליד אחד, וגם יש יכולת הסתגלות ביומכנית, היכולת לתקן ולגדול.

הנדסת רקמות מפתחת שסתומי לב מלאכותיים באמצעות מקורות שונים של קצירת תאים. לכן, תאים קסנוגניים או אלוגניים יכולים לשמש, אם כי הראשונים קשורים עם הסיכון של תחבורה זואוטית לבני אדם. כדי להפחית אנטיגניות ולמנוע תגובות של דחייה של האורגניזם אפשרי על ידי שינוי גנטי של תאים אלוגניים. הנדסת רקמות דורש מקור מהימן של ייצור התא. מקור זה הוא תאים אוטוגניים שנלקחו ישירות מן המטופל ולא נותנים תגובות החיסונית במהלך השתלה. שסתומים לב מלאכותיים אפקטיביים מיוצרים על בסיס תאים אוטולוגיים שמקורם בכלי דם (עורקים וורידים). כדי להשיג תרביות תאים טהורים, שיטה המבוססת על השימוש של תא ניטור מופעל תא (FACS) פותחה. אוכלוסיית תאים מעורבת הנגזרת מכלי דם מסומנת עם סמן aciplated, צפיפות נמוכה, lipoprotein כי הוא נקלט באופן סלקטיבי על פני השטח של endotheliocytes. Endotheliocytes יכול לאחר מכן להיות מופרדים בקלות מן התאים של תאים הנגזרים כלי, אשר יוצגו על ידי תערובת של תאי שריר חלקים, myofibroblasts ו fibroblasts. מקור התאים, יהיה זה עורק או וריד, ישפיע על המאפיינים של המבנה הסופי. לכן, שסתומים הלב המלאכותי עם מטריקס שנזרע עם תאים ורידיים, במונחים של מידת היווצרות קולגן ויציבות מכנית, לעלות על המבנים שנזרעו על ידי תאים עורקיים. הבחירה של ורידים היקפיים נראה כמקור נוח יותר של קציר התא.

Myofibroblasts ניתן גם לקחת מן העורקים הראש. יחד עם זאת, התאים המתקבלים מן הכלים שונים במהותם מתאי התאים הטבעיים שלהם. תאי הטבור האוטולוגיים יכולים לשמש כמקור חלופי לתאים.

שסתומי לב מלאכותיים המבוססים על תאי גזע

ההתקדמות של הנדסת רקמות בשנים האחרונות הוא הקל על ידי מחקר תאי גזע. השימוש בתאי גזע של מח עצם אדום יש יתרונות. בפרט, את הפשטות של דגימה ביולוגית ועל גידול במבחנה עם הבחנה הבאים סוגים שונים של תאים mesenchymal מאפשר למנוע את השימוש של כלי שלם. תאי גזע הם מקורות pluripotent של חיידקי תאים, יש מאפיינים חיסוניים ייחודיים התורמים יציבותם בתנאים אלווגניים.

תאי גזע מוחיים אנושיים מתקבלים על ידי ניקוב או ניקוב של הקשת האיליק. הם מבודדים מ 10-15 מ"ל של asternate החזה, מופרדים תאים אחרים מתורבתים. כשמגיע למספר התא הרצוי (בדרך כלל בתוך 21-28 ימים) לייצר הזריעה שלהם (קולוניזציה) במטריצה היא בתרבית הבינונית בעמדה סטטית (עבור 7 ימים בתוך חממת humidified על 37 מעלות צלזיוס בנוכחות CO2 5%). גירוי בהמשך צמיחת תאים באמצעות סביבת kupturalnuyu (גירויים ביולוגיים) או מצבים פיסיולוגיים באמצעות יצירת צמיחת רקמות במהלך העיוות שלה מנגנון רבייה איזומטרי פעמו - bioreactor (גירויים מכאניים). Fibroblasts רגישים לגירויים מכניים המקדמים את הצמיחה שלהם ואת הפעילות התפקודית. זרימת פעימה גורמת לעלייה בעיוותים רדיאליים ועקיפים, מה שמוביל לכוונה (התארכות) של התאים המאוכלסים לכיוון פעולה של לחץ כזה. זה מוביל, בתורו, להיווצרות של מבנים סיבים בכיוון של הדשים. זרם קבוע גורם ללחצים משיקים בלבד על הקירות. זרימת פועם יש השפעה מועילה על מורפולוגיה התא, התפשטות ואת הרכב המטריצה תאיים. אופי הזרימה של המדיום התזונתי, התנאים הפיזיקליים-כימיים (pH, pO2 ו- pCO2) בביוריאקטור משפיעים באופן משמעותי על ייצור הקולגן. אז, זרימה למינרית, זרמי מעגל מחזורי להגדיל את הייצור של קולגן, אשר מוביל תכונות מכניות משופרות.

גישה נוספת במבנים רקמות גוברת היא ליצור תנאים עובריים bioreactor במקום דוגמנות התנאים הפיזיולוגיים של הגוף האנושי. מתורבת על בסיס של תאי גזע, bioclaps רקמה יש מטלטלין ופלסטיק שסתומים כי הם פונקציונלית התנהגו טוב כאשר נחשף ללחץ גבוה זרימה העולה על הרמה הפיזיולוגית. מחקרים היסטולוגיים והיסטוכימיים של עלונים של מבנים אלה הראו את נוכחותם של תהליכים מתמשכים בתהליך הביולוגי של המטריצה והחלפתה ברקמה בת קיימא. הרקמה מאורגנת בסוג למינציה עם המאפיינים של חלבונים מטריקס תאיים, בדומה למאפיינים של רקמה מקומית על ידי נוכחות של סוג אני ו III קולגן glycosaminoglycans. עם זאת, מבנה טיפוסי שלוש שכבות של שסתומים - חדרית, ספוגי סיבי שכבות - לא הושג. התגלה בכל שברי, תאים חיוביים ASMA להביע vimentin היו מאפיינים דומים למאפיינים של myofibroblasts. במיקרוסקופ אלקטרונים של אלמנטים סלולריים כבר מצא להיות מאפיין של myofibroblasts פרשת הקיימא, פעיל (תקטין / נימת שרירן, קולגן חוט, אלסטין) ועל פני השטח בד - תאי האנדותל.

על השסתומים נמצאו צווארונים מסוג I, III, ASMA ו- Vimentin. תכונות מכניות של כנפיים של רקמות ומבנים הילידים היו דומים. רקמות הלב המלאכותי הראו ביצועים מצוינים במשך 20 שבועות ודומים למבנים אנטומיים טבעיים לפרופיל המיקרו-כימי שלהם, לביוכימיה ולהיווצרות מטריצת חלבון.

כל שסתומי הלב המלאכותי, המתקבלים על ידי השיטה של הנדסת רקמות, היו מושתלים לתוך המיקום הריאתי על ידי החיה, שכן המאפיינים המכניים שלהם אינם תואמים את העומסים בעמדה אבי העורקים. שסתומי הרקמה מושתלים מבעלי חיים דומים מבחינה מבנית במבנה שלהם לאלו הילידים, אשר מציין את המשך הפיתוח שלהם מחדש תחת תנאי vivo. בין אם תהליך ההבראה מחדש של הרקמות וההבשלה יימשך בתנאים פיזיולוגיים לאחר שיושתלו שסתומי הלב המלאים, כפי שנצפה בניסויים בבעלי חיים, מחקרים נוספים יראו.

מסתמי הלב המלאכותיים האידיאליים צריכים להיות נקבובי של לא פחות מ 90% כי זה הכרחי עבור צמיחת תאים, מסירת חומרים מזינות והוצאת חילוף חומרים בתא, בנוסף ההתאמה הביולוגית פריקות הביולוגיות, מסתמי לב מלאכותיים צריכים נוחים כימי לחסן תא שטח להתאים מכאני תכונות של רקמות טבעיות. רמת הביולוגי של המטריצה צריך להיות מבוקר פרופורציונלי לרמה של היווצרות הרקמה החדשה כדי להבטיח ערבות של יציבות מכנית לזמן מסוים.

נכון לעכשיו, מפותחים סינתטיים ביולוגיים. החומרים הביולוגיים הנפוצים ביותר ליצירת מטריצות הם מבנים אנטומיים תורמים, קולגן ופיברין. שסתומים לב מלאכותיים פולימר נועדו biodegrade לאחר ההשתלה ברגע תאים מושתלים מתחילים לייצר ולארגן רשת מטריקס משלהם. היווצרות רקמת מטריקס חדשה יכולה להיות מוסדרת או מגורה על ידי גורמי גדילה, ציטוקינים או הורמונים.

[3], [4], [5], [6], [7]

שסתומי לב מלאכותיים

שסתומים לב מלאכותיים שנתרמו נגזרים של בני אדם או בעלי חיים נטול אנטיגנים התא על ידי decellularization כדי להפחית immunogenicity שלהם יכול לשמש מטריצות. חלבונים משומרים של המטריצה תאיים הם הבסיס ההדבקה הבאים של התאים כי הם נזרעו. ישנן שיטות הבאים להסרת האלמנטים הסלולר (atsellyulyarizatsii): מקפיא, טריפסין טיפול / EDTA, חומרי ניקוי - סולפט dodecyl נתרן, נתרן deoksikolatom, טריטון X-100, MEGA 10, TnBR בחורים, 20 Tween, כמו גם שיטות טיפול אנזימטי רב-שלבי. פעולה זו מסירה את קרום תא, חומצות גרעין, שומנים, מבנים ציטופלסמית ומולקולות מטריקס מסיסות עם שימור של קולגן ואלסטין. עם זאת, שיטה אידיאלית עדיין לא נמצא. רק dodecyl sodium sulfate (0.03-1%) או נתרן deoxycolate (0.5-2%) גרמו להסרת התא המלא לאחר 24 שעות טיפול.

בדיקה היסטולוגית מרחוק detsellyulyarizovannyh bioklapanov (שתל ו xenograft) בחיות מעבדה (כלבים וחזירים) הראו כי קיים ingrowth חלקית endothelialization myofibroblasts הנמען לכל בסיס, שום סימנים של הסתיידות. נצפתה חדירה דלקתית מובהקת. עם זאת, בניסויים קליניים של שסתום SynerGraftTM decellularized, פיתחה חוסר מוקדם. המטריצה נקבעה bioprosthesis ביטוי לתגובה דלקתית, אשר הייתה בתחילה שאינה ספציפית ולווה תגובה לימפוציטית. תפקוד לקוי והתנוונות של bioprosthesis שפותחו בתוך שנה אחת. תאים קולוניזציה לא נצפתה בתאים, עם זאת, סידוק של שסתומים ופסולת preimplantation התא אותרו.

תאי האנדותל מטריקס acellular וללא גרעינים בתרבית במבחנה בתנאי vivo יצרו שכבה קוהרנטית על פני השטח של הדשים, ותאי ביניים המחוסנים מבנה היליד הראו יכלו לבידול. עם זאת, כדי להשיג את הרמה הפיזיולוגית הרצויה של קולוניזציה בתאי מטריקס נכשלו בתנאים דינאמיים של bioreactor, ואת מסתמי לב המלאכותיים המושתלים לוו מספיק מהר (שלושה חודשים) עיבוי עקב התפשטות תאים מואצות ויצירת תאי מטריקס. לפיכך, בשלב זה, השימוש של מטריצות ללא תורם התורם עבור ההתנחלות שלהם על ידי התאים יש מספר בעיות שלא נפתרו, 8 כולל אופי החיסונית זיהומיות, העבודה על bioprostheses decellularized ממשיך.

יש לציין כי קולגן הוא גם אחד החומרים הביולוגיים הפוטנציאליים לייצור מטריצות המסוגלות להתכלות ביולוגית. זה יכול לשמש בצורה של קצף, ג 'ל או צלחות, ספוגים כ preform על בסיס סיבים. עם זאת, השימוש קולגן קשורה במספר קשיים טכנולוגיים. בפרט, קשה לקבל מן המטופל. לכן, בזמן הנוכחי, רוב המטריצות קולגן הם ממוצא מן החי. ההתפוררות הביולוגית של קולגן מן החי עלולה לשאת סיכון מוגבר לזיהום זונולוגי, ולגרום לתגובות חיסוניות ודלקתיות.

פיברין הוא חומר ביולוגי נוסף בעל מאפיינים מבוקרים של התכלות ביולוגית. מאז ג'ל פיברין יכול להיעשות מן הדם של המטופל לייצור הבא של המטריצה האוטולוגית, ההשתלה של מבנה כזה לא יגרום השפלה רעילה שלה תגובה דלקתית. עם זאת, פיברין יש חסרונות כגון דיפוזיה ושטיפה לתוך הסביבה ומאפיינים מכניים נמוכים.

[8], [9], [10], [11], [12]

שסתומי לב מלאכותיים עשויים מחומרים סינתטיים

שסתומי הלב מלאכותית עשויים גם מחומרים סינתטיים. מספר ניסיונות לייצור שסתומים מטריצות התבססו על שימוש polyglactin, חומצה polyglycolic (PGA), חומצה polilakticheskoy (PLA), קופולימר של PGA ו PLA (PLGA) ו polyhydroxyalkanoates (PHA). חומר סינתטי מאוד נקבובי ניתן להשיג ארוגים או לא ארוגים סיבים באמצעות טכנולוגיית שטיפת מלח. מבטיח חומר מרוכב (PGA / R4NV) לייצור של מטריצות נגזר חומצת polyglycolic לולאות הלא ארוגים (PGA), מצופה פולי- 4-hydroxybutyrate (R4NV). שסתומי הלב המלאכותיים המיוצרים מחומר זה מעוקרים עם תחמוצת אתילן. עם זאת, נוקשות ראשונית ניכרת של לולאות של פולימרים אלה, השפלה מהירה ובלתי מבוקרת שלהם, מלווה שחרור של מוצרים ציטוטוקסיות חומצי, דורשים מחקר נוסף וחיפוש אחר חומרים.

שימוש myofibroblasts צלחות תרבות עצמי רקמות בתרבית על מסגרת לטופס מטריקס תמיכה על ידי גירוי הייצור של תאים אלה הניב דגימות עם תאי קיימא שסתומים פעילים המוקפים מטריקס. עם זאת, התכונות המכניות של הרקמות של שסתומים אלה אינם מספיקים להשתלתם.

הרמה הנדרשת של התפשטות והתחדשות הרקמה של השסתום שנוצר לא יכולה להיות מושגת רק על ידי שילוב של תאים המטריצה. ביטוי של הגן התא והיווצרות רקמות יכול להיות מוסדר או מגורה על ידי תוספת של גורמי גדילה, ציטוקינים או הורמונים, גורמים mitogenic או גורמים הדבקה מטריצות ומטריצות. האפשרות של הצגת הרגולטורים האלה לתוך biomaterials של המטריצה נלמדת. באופן כללי, קיים מחסור משמעותי במחקר על הרגולציה של תהליך היווצרות שסתום רקמות על ידי גירויים ביוכימיים.

Acellular bioprosthesis חזירי Heterologous מטריקס P ריאתי מורכב בד detsellyulyarizovannoy מטופלים על ידי הליך AutoTissue GmbH פטנט מיוחד המורכב טיפול אנטיביוטי, deoxycholate נתרן ואלכוהול זו שיטת עיבוד אומץ על ידי ארגון התקינה הבינלאומי, מבטלת את כל התאים החיים והמבנה postkletochnye (פיברובלסטים, תאי אנדותל, חיידקים, וירוסים, פטריות, mycoplasma) שומרים ארכיטקטורה של מטריקס, היא מפחיתה את רמת ה- DNA וה- RNA בתוך הרקמה כדי מינים mA, אשר מפחית לאפס את ההסתברות של העברת שרטרווירוס אנדוגניים חזיר אדם (Perv). מטריקס P bioprosthesis מורכב אך ורק של קולגן ואלסטין עם השתמרות מבנית משופרת.

במהלך ניסויים על כבשים נרשמו תגובה מינימאלית מן הרקמה הסובבת ב 11 חודשים לאחר השתלת bioprosthesis P מטריקס עם ביצועים טובים של ההישרדות שלה, אשר נתנו במיוחד תוקף, מתבטא המשטח הפנימי המבריק שלה של endocardium. למעשה, לא היו תגובות דלקתיות, עיבוי וקיצור של שסתומים. רמת סידן נמוכה של רקמת מטריקס P bioprosthesis נרשמה גם, ההבדל היה מובהק סטטיסטית בהשוואה glutaraldehyde מטופלים.

שסתומי לב מלאכותיים מטריקס P מתאימה לתנאים האינדיווידואליים של המטופל במשך מספר חודשים לאחר ההשתלה. במחקר, לאחר תום תקופת הביקורת, זוהו מטריצה תאית שלמה ואנדותל ניקוז. Xenografts מטריקס R מושתל צעד רוס שבוצע 50 חולים עם מומים מולדים במהלך התקופה שבין 2002 עד 2004, הוכיח ביצועים מעולים מפל לחץ transvalvular נמוך בהשוואת bioprostheses cryopreserved ו detsellyulyarizovannymi שתל SynerGraftMT, ו הנטול שטופל glutaraldehyde. מטריקס P מסתמי לב מלאכותיים החלפת שסתום עורק הריאה במהלך השיקום של מערכת יצוא חדר ממני בכירורגיה של מומים מולדים ונרכשים ואת הפרוטזה שסתומים ריאתי על הליך רוס, זמין בארבעה גדלים (קוטר פנימי): תינוקות (15-17 מ"מ ), לילדים (18-21 מ"מ), ביניים (22-24 מ"מ) ומבוגר (25-28 מ"מ).

התקדמות בפיתוח של שסתום על הבסיס של הנדסת רקמות תהיה תלויה בהצלחה בביולוגיה של התא שסתום (כולל בעיות בהתבטאות גני רגולציה), חקר embryogenic וגיל של השסתומים (כולל גורמי angiogenic ו נוירוגנית), ידע מדויק של ביומכניקה של כל שסתום, לזהות נאותה ליישוב תאים פיתוח מטריצות אופטימליות. להמשך פיתוח של שסתומי רקמות מתקדמים יותר, הבנה מלאה של היחסים בין התכונות המכאניות מבניות של השסתום ותמריצי ילידים (ביולוגיים או מכאניים) כדי לשחזר תכונות אלה במבחנה.

[13], [14], [15], [16]