Вјештачки вентили срца

Модерни, доступни за клиничку употребу, биолошки вештачки вентили срца, са изузетком плућног аутографта, су неизлечиве структуре које немају потенцијал за раст и поправку ткива. Ово намеће значајна ограничења на њихову употребу, посебно код деце у корекцији валвуларне патологије. У протеклих 15 година формиран је ткивни инжењеринг. Сврха овог научног правца је стварање у вештачким условима таквих структура као вештачки срчани вентили са тромбо отпорном површином и одрживим интерститиумом.

[1], [2],

Како се вештачки вентили срца развијају?

Научни концепт инжењеринга ткива се базира на идеји измирења и гајење живих ћелија (фибробласта, матичне ћелије, итд) у синтетичког или природног апсорбује скелета (Матрик) представљају тродимензионалну структуру вентила, као и коришћење сигнала који регулишу експресију гена, организације и продуктивност трансплантиране ћелије током периода формирања екстрацелуларног матрикса.

Такви вештачки вентили срца интегришу се са ткивом пацијента за коначно рестаурацију и даље одржавање његове структуре и функције. Тако на почетном матрицу као резултат операције ћелија (фибробласта и миофибробласти ал.), Нови оквир коллагеноеластинови или прецизније, екстрацелуларног матрикса. Као резултат, оптимални вештачки вентили срца створени методом ткивног инжењеринга треба, према својој анатомској структури и функцији, приступити рођеном, а такође имати биомеханичку прилагодљивост, способност поправке и раста.

Ткивни инжењеринг развија вјештачке срчане вентиле користећи различите изворе ћелијске бербе. Тако се могу користити ксеногенске или алогене ћелије, иако су прве повезане са ризиком од зоонотског транспорта на људе. Да би се смањила антигеност и спречила реакције одбацивања организма, могуће је генетском модификацијом алогених ћелија. Ткивно инжењерство захтева поуздан извор производње ћелија. Овај извор је аутогене ћелије узете директно од пацијента и не дају имунски одговор током реимплантације. Ефективни вештачки вентили срца се производе на основу аутологних ћелија из крвних судова (артерија и вена). Да би се добила чиста ћелијска култура, развијен је метод заснован на употреби флуоресцентног активираног сортирања ћелија (ФАЦС). Популација мјешовите ћелије добијене из крвног суда означена је ацетилованим маркером липопротеина ниске густине који се селективно апсорбује на површину ендотелиоцита. Ендотелиоцити се касније могу лако одвојити од већег броја ћелија које се добијају из посуда, што ће бити представљено мјешавином ћелија глатких мишића, миофибробласта и фибробласта. Извор ћелија, било да је то артерија или вена, утиче на особине финалне структуре. Стога, вештачки вентили срца са матриком посејани са венским ћелијама, у смислу степена формирања колагена и механичке стабилности, превазилазе структуре посечене артеријским ћелијама. Избор периферних вена изгледа као погоднији извор ћелијске бербе.

Миофибробласти се такође могу узимати из каротидних артерија. Истовремено, ћелије добијене из судова битно се разликују од њихових природних интерстицијских ћелија. Аутологне ћелије пупчане врпце могу се користити као алтернативни извор ћелија.

Вјештачки вентили срца на бази матичних ћелија

Напредак ткивног инжењеринга последњих година је олакшан истраживањем матичних ћелија. Коришћење матичних ћелија црвене коштане сржи има своје предности. Конкретно, једноставност узорковања биоматеријала и ин витро култивације са накнадном диференцијацијом у различите врсте месенцхималних ћелија омогућава да се избегне коришћење недозвољених посуда. Матичне ћелије су плурипотентни извори ћелијских клица, имају јединствене имунолошке карактеристике које доприносе њиховој стабилности у алогенским условима.

Матичне ћелије људске коштане сржи се добијају помоћу стерналног пункта или пункције илијачког гребена. Они су изоловани од 10-15 мл грудног аспирата, одвојени од других ћелија и култивисан. После достизања жељеног броја ћелија (обично у року од 21-28 дана) производе њихове сетве (колонизације) у матриксу култивисани у медијуму у статичке положаја (за 7 дана у инкубатору на 37 ° Ц у присуству 5% ЦО2). Касније стимулација раста ћелија кроз куптуралнуиу окружење (биолошки стимуланса) или физиолошким условима стварањем раст ткива током деформације у изометријске апарату репродукције импулсни - биореактор (механички стимуланс). Фибробласти су осетљиви на механичке стимулусе који промовишу њихов раст и функционалну активност. Пулсирајући ток проузрокује повећање радијалних и ободних деформација, што доводи до оријентације (елонгације) насељених ћелија у правцу дејства таквих напона. Ово доводи до стварања оријентисаних структура влакана лопатица. Стални проток изазива само тангенцијалне напоне на зидовима. Пулсирајући ток има благотворно дејство на ћелијску морфологију, пролиферацију и састав екстрацелуларне матрице. Природа тока храњивог медија, физичко-хемијски услови (пХ, пО2 и пЦО2) у биореактору значајно утичу на производњу колагена. Дакле, ламинарни токови, циклични струјни токови повећавају производњу колагена, што доводи до побољшаних механичких својстава.

Други приступ у растућим структурама ткива је стварање ембрионалних услова у биореактору умјесто моделирања физиолошких услова људског тијела. Гајене стем биоклапани ћелије ткива имају покретне клапне и пластике који је оперативно-офф под високим притиском и протока, прелазе физиолошку ниво. Хистолошке и хистохемијске проучава летака ових структура показали су присуство у њима активно ради процесе биодеградацијом матрице и његова замена одрживе ткиво. Фабриц Тип ламинате распоређене на карактеристикама екстрацелуларног матрикса протеина, таквим карактеристикама нативног ткиво присуству колагена типа И и ИИИ, и глукозаминогликана. Међутим, типична трослојна структура вентила - вентрикуларних, спужве и влакнастих слојева - није добијена. Откривени у свим фрагментима, АСМА-позитивне ћелије које експримирају виментин имају карактеристике сличне карактеристикама миофибробласта. Су пронађени електронска микроскопија ћелијских елемената буде карактеристика виталних, активних секреторних миофибробласти (актина / миозина влакна, предива колаген, еластин) и на површини тканине - ендотелних ћелија.

На вентили су пронађени овратници И, ИИИ типова, АСМА и виментин. Механичка својства крила ткива и природних структура биле су упоредиве. Вјештачки вентили од ткива показали су одличне перформансе у трајању од 20 недеља и подсећали на природне анатомске структуре за своју микроструктуру, биохемијски профил и формирање протеинске матрице.

Сви вештачки вентили срца, добијени методом ткивног инжењеринга, имплантовани су у плућа на животињама од стране животиња, пошто њихове механичке карактеристике не одговарају теретима у положају аорте. Ткивни вентили имплантирани од животиња су структурно слични у својој структури са изворним, што указује на њихов даљи развој и преуређивање у ин виво условима. Да ли ће се процес ткивног реструктурирања и сазревања наставити у физиолошким условима након имплантације вештачких срчаних вентила, што се види у експериментима на животињама, показаће се даља истраживања.

Идеални вештачким срчаним залисцима треба да има порозност не мањи од 90%, јер је неопходан за раст ћелија, испоруку нутријената и уклањање ћелијског метаболизма производа у Поред биокомпатибилности и биодеградибилности, вештачким срчаним залисцима треба да хемијски повољни за инокулацију површину ћелија и у складу механички својства природног ткива. Ниво биодеградације матрице мора бити контролисан и пропорционалан степену формирања новог ткива како би се осигурала гарантована механичка стабилност у одређено вријеме.

Тренутно се развијају синтетичке и биолошке матрице. Најчешћи биолошки материјали за стварање матрица су донаторске анатомске структуре, колаген и фибрин. Полимерски вештачки вентили срца су дизајнирани за биодеграду након имплантације чим имплантиране ћелије почну да производе и организују сопствену мрежу екстрацелуларних матрица. Формирање новог матричног ткива може се регулисати или стимулисати фактори раста, цитокини или хормони.

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

Донаторски вештачки вентили срца

Донаторске вештачким срчаним залисцима добијени од људи или животиња и лишена ћелијских антигена од детселлиулиаризатсии то смањује њихову имуногеност, може се користити као матрица. Преостали екстрацелуларне матрице протеини су основа за накнадну адхезију ћелија засејаних. Постоје следеће методе за уклањање ћелијске елементе (атселлиулиаризатсии): замрзавање, третман трипсин / ЕДТА, детерџент - натријум додецил сулфат, натријум деоксиколатом, Тритон Кс-100, МЕГА 10, ТнБР ЦХАПС, Твеен 20, као и мулти-степ методе ензимске лечења. Ово уклања ћелијске мембране, нуклеинске киселине, липиде, цитоплазматском структуре и растворљиве молекуле матричне уз очување колагена и еластина. Међутим, још увек није пронађена идеална метода. Онли натријум додецил сулфат (0.03-1%) или натријум деоксиколат (0.5-2%) довела до потпуног уклањања ћелија након третмана 24 сата.

Хистолошки преглед ремоте детселлиулиаризованних биоклапанов (алографта и ксенографту) код експерименталних животиња (паса и свиња) су показали да постоји делимична урастање и ендотхелиализатион миофибробласти примаоца по базе, нема знакова калцификације. Умерено изражена инфламаторна инфилтрација је забележена. Међутим, у клиничким испитивањима децелуларног СинерГрафтТМ вентила развијена је рана инсуфицијенција. Матрица је одређен биопростхесис изражена инфламаторне реакције, која је првобитно неспецифичне и било праћено лимфоцитне реакцијом. Дисфункција и дегенерација биопротезе развијена у року од годину дана. Колонизација ћелија није примећена у ћелијама, међутим, откривена је калцификација вентила и преимплантационих ћелија.

Ендотелијалне ћелије носилац Ацелуларни матрица и култивисане у ин витро и ин виво условима формирају кохерентне слој на површини везица и интерстицијалних ћелија инокулисане уроДена структура показали способност за диференцијацију. Међутим, да би се постигао жељени физиолошки ниво колонизације у матрице ћелијама пропалих у динамичким условима биореактор, а имплантирају вештачки срчани залисци су праћени довољно брзо (три месеци) задебљања због убрзане ћелијске пролиферације и формирање екстрацелуларног матрикса. Дакле, у овој фази употреба донатор Ацелуларни матрица за њихову колонизације ћелија има низ неријешених проблема, укључујући 8 имунолошког и инфективних природе посла детселлиулиаризованними биопростхесес наставља.

Треба напоменути да је колаген такође један од потенцијалних биолошких материјала за производњу матрица способних за биодеградацију. Може се користити у облику пене, гела или плоча, сунђера и као предформа на основи влакана. Међутим, употреба колагена је повезана са бројним технолошким потешкоћама. Посебно, тешко је добити од пацијента. Стога, у овом тренутку, већина колагенских матрица су животињског поријекла. Одложена биоразградња колагена животиња може носити повећани ризик од зоонотске инфекције, изазвати имунолошке и инфламаторне реакције.

Фибрин је још један биолошки материјал са контролисаним карактеристикама биодеградације. Пошто се фибрински гели могу направити од крви пацијента за накнадну производњу аутологне матрице, имплантација такве структуре неће изазвати токсичну деградацију и запаљен одговор. Међутим, фибрин има такве недостатке као што је дифузија и изливање у животну средину и ниске механичке карактеристике.

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

Вјештачки вентили срца од синтетичких материјала

Вјештачки вентили срца такође су направљени од синтетичких материјала. Неколико покушаја у производњи вентили матрица су базиране на коришћењу Полиглацтин, полигликолна киселина (ПГА), полилактицхескои киселина (ПЛА), кополимер ПГА и ПЛА (ПЛГА) и полихидрокиалканоатес (ПХА). Високо порозни синтетички материјал може се добити од тканих или нетканих влакана и користећи технологију истицања соли. Обећавајући композитног материјала (ПГА / Р4НВ) за производњу матриц изведених из нетканог петљи полигликолне киселине (ПГА), обложена поли-4-хидрокибутурате (Р4НВ). Произведени вештачки вентили срца из овог материјала стерилишу се етилен оксидом. Међутим, значајна почетна укоченост и дебљина петљи ових полимера, њихова брза и неконтролисано деградација праћена ослобађањем цитотоксичних производа кисела, захтевају даљу истрагу и тражити друге материјале.

Користећи аутологне плочице за културе ткива миофибробласти култивисани на раму да би обликовали матрицу подршке стимулишући продукцију ових ћелија дала узорке са активним вентили виталних ћелија окружених екстрацелуларног матрикса. Међутим, механичка својства ткива ових вентила нису довољна за њихову имплантацију.

Потребан ниво пролиферације и регенерације ткива створеног вентила не може се постићи само комбиновањем ћелија и матрице. Изражавање формирања ћелијског гена и ткива може се регулисати или стимулисати додавањем фактора раста, цитокина или хормона, митогених фактора или фактора адхезије у матрицама и матрицама. Проучава се могућност увођења ових регулатора у биоматеријале матрице. Уопштено говорећи, постоји значајан недостатак истраживања о регулацији процеса формирања ткивних вентила од стране биокемијских стимулуса.

Ацелуларни свиње хетерологни Матрик П плућна биопростхесис садржи детселлиулиаризованнои тканину третирати посебним патентираним АутоТиссуе ГмбХ поступка састоји антибиотске терапије, натријум деоксихолат и алкохол Ова метода обраде усвојила Међународна организација за стандардизацију, елиминише сва жива ћелија и постклетоцхние структура (фибробласта, ендотелијалних ћелија, бактерије, вируси, гљивице, Мицопласма) задржава архитектура екстрацелуларног матрикса, смањује ниво ДНК и РНК у ткиво да миним мА, што смањује на нулу вероватноћу преношења свињског ендогени ретровирус (ПЕРВ) особе. Матрик П биопростхесис састоји искључиво од колагена и еластина са очуваним структурне интеграције.

Током експерименти на овце је након имплантације П Матрик биопростхесис са добрим перформансама свог опстанка, која посебно манифестује у свом сјајном унутрашњој површини ендокарда регистрованих минимално реакцију од околног ткива за 11 месеци. Заправо, није било упалних реакција, згушњавања и скраћивања клапних вентила. Такође је забележен ниски ниво калцијума ткива биопротезе Матрик П, разлика је статистички значајна у односу на третирани глутаралдехид.

Матрица П вештачки срчани залисци су прилагођени условима сваког појединачног пацијента за само неколико месеци након имплантације. У студији на крају референтног периода открила недирнути екстрацелуларног матрикса и одвода ендотел. Ксенографти Матрик Р имплантиран у кораку Росс обављене у 50 пацијената са урођеним манама у периоду од 2002. До 2004., показао супериорне перформансе и ниже трансвалвулар градијената притисак у поређењу са цриопресервед и детселлиулиаризованними алографту СинерГрафтМТ и фрамелесс биопростхесес третираних глутаралдехидом. Матрица П вештачким срчаним залисцима за плућне артерије замене вентила током реконструкције десне коморе отицања тракта у хирургији урођених и стечених дефеката и плућа протеза вентил на поступак Росс, је доступан у четири величине (унутрашњи пречник) Инфант (15-17 мм, ) цхилдрен (18-21 мм), интермедиате (22-24 мм) и одраслих (25-28 мм).

Напредак у развоју вентила на бази инжењеринга ткива зависиће од успеха вентила ћелијске биологије (укљуцујуци питања експресије гена и регулисању), изучавање Ембриогена и старости вентила (укључујући ангиогенских и неурогенских фактора), прецизно познавање биомеханике сваког вентила, идентификују адекватни за измирење ћелија развој оптималних матрица. За даљи развој напредније вентила ткива, потпуно разумевање односа између механичких и структурних карактеристика нативног вентила и подстицаја (биолошке или механички) да поново ове карактеристике ин витро.

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