人工速制心臟瓣膜

2年前發(fā)布在 7X24h 資訊

美國和瑞士科學家開發(fā)出一種廉價方法，能在幾分鐘內(nèi)制造出心臟瓣膜，這些瓣膜在植入綿羊體內(nèi)后可立即發(fā)揮作用。相關(guān)研究近日發(fā)表于《物質(zhì)》雜志。

據(jù)統(tǒng)計，全球現(xiàn)有心臟瓣膜病人1200萬，每年都有近100萬人因此離世。特別是患有心臟瓣膜疾病的兒童，通常需要進行心臟手術(shù)更換瓣膜。然而，現(xiàn)有心臟瓣膜置換術(shù)無法隨著孩子的成長而成長，這就需要在患者的一生中重復這一高風險的手術(shù)。

肺心瓣膜由3個部分重疊的小葉組成，每次心跳時，它們都會打開和關(guān)閉。它們負責控制流經(jīng)心臟的單向血流，每次心跳時，它們會完全打開，讓血液向前流動，然后完全關(guān)閉，防止血液回流。

為了制造瓣膜，研究人員使用氣流噴射將液體聚合物引導到瓣膜形狀的框架上，從而形成微小纖維的無縫網(wǎng)絡(luò)。這些瓣膜被設(shè)計成是暫時和可再生的：它們?yōu)榧毎峁┝艘粋€多孔支架，讓細胞浸潤、擴展，并最終取代生物降解的聚合物。

“這個方法的兩大優(yōu)勢是速度和空間保真度?！闭撐墓餐谝蛔髡?、哈佛大學和瑞士蘇黎世大學生物物理學者Sarah Motta說，“我們可以在納米尺度上制造非常小的纖維，模擬心臟瓣膜細胞用來生長的細胞外基質(zhì)，并在幾分鐘內(nèi)轉(zhuǎn)出完整的瓣膜，而目前可用的技術(shù)可能需要幾周或幾個月時間。”

Motta將該方法稱為“聚焦旋轉(zhuǎn)噴射紡紗”，類似于“一個后面有吹風機的棉花糖機器”。雖然需要長期的體內(nèi)研究來測試瓣膜的耐久性，但它們在綿羊體內(nèi)有效地控制了一小時的血流量。

論文通訊作者、哈佛大學生物工程師Kit Parker說：“細胞在納米尺度上生長，3D打印無法達到這個水平，但該新技術(shù)可以設(shè)置納米尺度的空間支架，這樣當細胞浸潤到支架時，它們就會覺得自己在心臟瓣膜里，而不是在合成支架里。這其中有一定的技巧?！?/p>

研究小組使用脈沖復制器（一種模擬心跳的機器）測試了瓣膜的強度、彈性和反復開關(guān)的能力。

“一個正常的心臟瓣膜在人的一生中要進行數(shù)十億次開關(guān)循環(huán)，所以它們會不斷地被拉伸和刺激?！闭撐墓餐髡?、哈佛大學研究者Michael Peters說，“它們需要非常有彈性，進而在這些機械刺激下保持形狀，而且它們還必須足夠強大，能夠承受血液試圖回流的背壓。”

他員們還在瓣膜上培養(yǎng)了心臟細胞，以測試其生物相容性，并觀察細胞能否很好地滲透到支架中?！鞍昴づc血液直接接觸，所以我們需要檢查這種材料是否會造成血栓或血管阻塞?！盡otta說。

研究人員在綿羊身上測試了該瓣膜的即時功能。綿羊是一個很好的動物模型，原因是綿羊和人類心臟內(nèi)部的物理力量相似，此外，綿羊的心臟也代表了心臟瓣膜的“極端”環(huán)境，因為綿羊的鈣代謝更快，這增加了鈣沉積的風險，這是心臟瓣膜接受者的常見并發(fā)癥。

外科醫(yī)生將瓣膜植入兩只羊體內(nèi)，并在一小時內(nèi)用超聲波監(jiān)測瓣膜的位置和功能。兩個瓣膜都成功植入，并立即發(fā)揮作用，但一只羊的瓣膜在幾分鐘后就脫落了——研究人員認為，這是因為瓣膜的大小不適合動物。在第二只羊身上，瓣膜在一個小時內(nèi)顯示出良好的功能，尸檢分析表明，沒有出現(xiàn)撕裂或血栓形成的并發(fā)癥，細胞已經(jīng)開始滲透并黏附在瓣膜上。

接下來，該團隊計劃在更長的時間和更多的羊身上測試新瓣膜的性能。Peters說：“我們想看看我們的瓣膜在幾周到幾個月的時間里功能如何，以及綿羊的細胞和組織對支架的重塑多有效、多快。”

“開發(fā)一種能用于患者的藥物是一個漫長的過程，而且應該是漫長的，在把某些東西植入人體之前，你必須在很多動物身上做實驗?！盤arker說。（來源：中國科學報馮維維）