Mesterséges szívszelepek

A modern, klinikai felhasználásra rendelkezésre álló biológiai mesterséges szív-szelepek, kivéve a pulmonalis autograftot, nem életképes szerkezetek, amelyeknek nincs növekedési és szöveti javítási lehetősége. Ez jelentős korlátozást jelent a használatukra, különösen a gyermekeknél a szelep patológiájának korrekciójában. Az elmúlt 15 évben kialakult a szöveti tervezés. Ennek a tudományos iránynak az a célja, hogy mesterséges körülmények között megteremtse az olyan struktúrákat, mint a trombózisú felülettel és életképes interstitiummal rendelkező mesterséges szívszelepek.

[1], [2],

Hogyan fejlesztik a mesterséges szívszelepeket?

Tudományos fogalom a tissue engineering az elképzelésen alapul, a leülepedését és tenyésztésére élő sejtek (fibroblasztok, őssejtek, stb), egy szintetikus vagy természetes felszívódó váz (mátrix) képviselő egy háromdimenziós szelep szerkezet, valamint a jelzések alkalmazására, hogy szabályozzák a gének expresszióját, szervezet és a termelékenység átültetett sejteket az extracelluláris mátrix kialakulásának időszakában.

Az ilyen mesterséges szív-szelepek a páciens szövetéhez vannak integrálva a szerkezet végleges helyreállításához és további karbantartásához. Így a kezdeti mátrix eredményeként a működés sejtek (fibroblasztok és miofibroblasztok al.), Egy új keret kollagenoelastinovy vagy, pontosabban, az extracelluláris mátrix. Ennek eredményeként az optimális mesterséges szívbillentyűk által tissue engineering technika must anatómiai felépítését és funkcióját közelebb a natív, és biomechanikai alkalmazkodóképesség, képes megjavítani és a növekedést.

A szövetgyártás mesterséges szív-szelepeket fejleszt, különféle cellás betakarítási forrásokat alkalmazva. Így xenogén vagy allogén sejteket lehet alkalmazni, bár az előbbiek együtt járnak a zoonózisok embernek történő szállításával. Az antigenitás csökkentése és a szervezet elutasításának reakcióinak megelőzése az allogén sejtek genetikai módosításával lehetséges. A szövetgyártás megbízható forrást igényel a sejttermelés terén. Ez a forrás az autogén sejtek, amelyeket közvetlenül a páciensből vettek be, és nem adnak immunválaszt az újbóli beültetés során. A hatékony mesterséges szívbillentyűket az erekből (artériák és vénák) származó autológ sejtek alapján állítják elő. Tiszta sejttenyészetek előállítása céljából fluoreszcens aktivált sejtszétválást (FACS) használtunk. A vegyes sejtpopulációból származó egy véredény, a jelölt acetilezett kis sűrűségű lipoprotein marker, amely szelektíven abszorbeálódik a endothelialis sejtek felszínén. Ezután az endoteli-citák könnyen elválaszthatók az edényekből származó sejtek többségétől, melyet simaizomsejtek, myofibroblasztok és fibroblasztok keverékével reprezentálnak. A sejtek forrása, legyen az artéria vagy vénák, hatással lesz a végső struktúra tulajdonságaira. Tehát a vénás sejtekkel bevitt mátrixos mesterséges szívszelepek a kollagénképződés mértéke és a mechanikai stabilitás tekintetében meghaladják az artériás sejtek által elvetett struktúrákat. A perifériás vénák kiválasztása sokkal inkább a sejtek betakarításának forrása.

A myofibroblasztok a carotis artériából is beszerezhetők. Ugyanakkor az edényekből kapott sejtek lényegében különböznek természetes intersticiális sejtjeiktől. Az autológ köldökzsinór-sejtek alternatív sejtforrásként használhatók.

Az őssejteken alapuló mesterséges szívszelepek

Az utóbbi években a szöveti mérés előrehaladását az őssejtkutatás segíti elő. A vörös csontvelő őssejtjeinek előnyei vannak. Különösen a bioméret-mintavétel egyszerűsége és az in vitro termesztés, majd a különböző mesenchymalis sejtekbe történő utólagos differenciálódás lehetővé teszi az érintetlen edények használatának elkerülését. Az őssejtek pluripotens sejtcsíraforrások, egyedülálló immunológiai jellemzőkkel rendelkeznek, amelyek hozzájárulnak az allogén körülmények közötti stabilitásukhoz.

Az emberi csontvelő őssejteket a szájsebészeti behatolással vagy a csípőcsont-gerinc szúrásával nyerik. 10-15 ml szegycsont-aspirátból izolálják, más sejtekből választják el és tenyésztik. Amikor elérte a kívánt sejtszámot (rendszerint 21-28 nap) termelni a vetés (kolonizáció) a mátrixban van a tápközegben tenyésztjük egy statikus helyzetben (7 napig, párásított inkubátorban 37 ° C-on jelenlétében, 5% CO2). Ezt követően a sejtnövekedés stimulálásához révén kupturalnuyu környezetben (biológiai ingerekre) vagy fiziológiás körülmények létrehozása révén szöveti növekedés során deformáció izometrikus reprodukáló berendezés pulzáló - bioreaktorban (mechanikai ingerek). A fibroblasztok érzékenyek a mechanikai ingerekre, amelyek elősegítik növekedésüket és funkcionális aktivitásukat. A pulzáló áramlás növeli mind a sugárirányú, mind a kerületi deformációkat, ami a lakott sejtek orientációját (nyúlását) eredményezi az ilyen feszültségek hatásának irányában. Ez viszont a szárnyak orientált rostszerkezeteinek kialakulásához vezet. Egy állandó áramlás csak a falakon érintőleges feszültségeket okoz. A pulzáló áramlás előnyös hatással van a sejtmorfológiára, a proliferációra és az extracelluláris mátrix összetételére. A tápközeg áramlási természete, a bioreaktorban lévő fizikai-kémiai körülmények (pH, pO2 és pCO2) szintén jelentősen befolyásolják a kollagén termelését. Tehát a lamináris áramlás, a ciklikus örvényáramok növelik a kollagén termelését, ami jobb mechanikai tulajdonságokhoz vezet.

Egy másik megközelítés a növekedő szövetet struktúrák az, hogy egy embrionális feltételeket a bioreaktorban helyett modellezve az élettani állapot az emberi test. Termesztett őssejt szöveti bioklapany van mozgatható szárnyak és műanyag működőképesen-off nagy nyomáson és áramlási, meghaladja a fiziológiás szintet. A szövettani és hisztokémiai vizsgálatok szórólapok ezen szerkezetek jelenlétét mutatta be őket az éppen futó folyamatok biológiai lebomlás a mátrix, és helyette életképes szövettel. Fabric laminált típusú elrendezve a jellemzői az extracelluláris mátrix fehérjék, ezek a jellemzők a natív szövet jelenléte által típusú kollagén I és III, és a glükózaminoglikánok. Azonban, a maradékként kapott tipikus háromrétegű szerkezet a szelepek - kamrai, szivacsos és rostos réteg. A kimutatott összes fragmenst ASMA-pozitív sejtek expresszáló vimentin jellemzői hasonlóak, jellemzőit miofibroblasztok. Elektronmikroszkópos vizsgálata sejt elemek találták, hogy jellemző az életképes, aktív szekréciós miofibroblasztok (aktin / miozin filamentum, fonal kollagén, elasztin) és a textília felületén - endoteliális sejtek.

I, III típusú, ASMA és vimentin nyakörveket találtak a szelepeken. A szövetek és a natív szerkezetek szárnyainak mechanikai tulajdonságai hasonlóak voltak. A szöveti mesterséges szívszelep 20 hétig kiváló teljesítményt mutatott, és hasonlított a természetes anatómiai szerkezetekhez a mikrostruktúrájukhoz, a biokémiai profiljukhoz és a fehérjemátrix kialakulásához.

Az összes mesterséges szívszelepet, amelyet a szövetkezelés módszerével nyertek, beültetett a tüdőbe az állat, mivel mechanikai jellemzőik nem felelnek meg az aorta helyzetében lévő terheléseknek. Az állatokból beültetett szövetszelep szerkezete hasonló a szerkezetben, mint a natív, ami tovább fejlõdését és átrendezõdését mutatja in vivo körülmények között. Az állatkísérletek során megfigyelhető, hogy a szövetek szerkezetátalakítása és érése a fiziológiás körülmények között folytatódik-e a mesterséges szívszelepek beültetése után.

Az ideális mesterséges szívbillentyűk kell egy porozitás nem kevesebb, mint 90%, mert ez elengedhetetlen a sejtek növekedését, a szállítás a tápanyagok és eltávolítása sejtanyagcsere termékek Amellett, hogy a kompatibilitással és biológiai lebonthatóság, mesterséges szívbillentyűk kell kémiailag kedvezőbb oltására sejtfelszíni és megfelelnek mechanikusan természetes szövetek tulajdonságai. A mátrix biológiai lebomlásának szintjét szabályozni kell, és arányosnak kell lennie az új szövet kialakulásának szintjével a mechanikai stabilitás biztosítása érdekében bizonyos ideig.

Jelenleg fejlesztenek szintetikus és biológiai mátrixokat. A mátrixok létrehozásának leggyakoribb biológiai anyagai a donor anatómiai struktúrái, a kollagén és a fibrin. Műanyag mesterséges szívbillentyűk úgy vannak kialakítva, hogy a beültetés után bomlanak le egyszer beültetett sejtek termelnek, és megszervezi a saját extracelluláris mátrix hálózatot. Az új mátrixszövet kialakulását növekedési faktorok, citokinek vagy hormonok szabályozzák vagy stimulálják.

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

Adományozó mesterséges szívszelepek

Donor mesterséges szívbillentyűk nyert emberek vagy állatok, és mentes a celluláris antigének által detsellyulyarizatsii való immunogenitás csökkentése, lehet használni, mint mátrixok. Az extracelluláris mátrix konzervált fehérjei alapul szolgálnak a vetett sejtek későbbi tapadásához. Vannak alábbi módszerek eltávolítására a sejtes elemek (atsellyulyarizatsii): fagyasztás, kezelésére tripszin / EDTA, detergens - nátrium-dodecil-szulfát, nátrium-deoksikolatom, Triton X-100, MEGA 10, TnBR CHAPS, Tween 20-at, valamint a több lépésből álló enzimes kezelési módszerek. Ez eltávolítja a sejtmembránok, nukleinsavak, lipidek, citoplazmatikus struktúrák és az oldható mátrix molekulák megőrzése a kollagén és elasztin. Azonban egy ideális módszer még nem található meg. Csak nátrium-dodecil-szulfát (0,03-1%) vagy nátrium-deoksikolat (0,5-2%) vezetett a teljes eltávolítása után a sejtek 24 órás kezelés.

Szövettani vizsgálat távoli detsellyulyarizovannyh bioklapanov (allograft és xenograft) kísérleti állatok (kutyák és sertések) kimutatták, hogy van egy részleges benövést és endothelialization miofibroblasztok recipiens per bázis, nincs jele a meszesedés. Közepesen hangsúlyos gyulladásos infiltrációt figyeltek meg. A decellularizált SynerGraftTM szelep klinikai vizsgálataiban azonban korai elégtelenség alakult ki. A mátrix határoztuk bioprosthesis kifejezett gyulladásos reakció, amely eredetileg a nem-specifikus és kísérte limfocitás reakció. A bioprotézis zavara és degenerációja egy éven belül alakult ki. Check-mátrix sejtek nem volt megfigyelhető, azonban a meszesedés a szórólapok és Preimplantációs sejttörmelék talált.

Az endoteliális sejtekkel beoltjuk acelluláris mátrix és tenyésztettük in vitro és in vivo körülmények között képződött koherens réteg felületén a szárnyak, és intersticiális sejtek beoltott natív szerkezet azt mutatta, hogy képesek a differenciálódás. Azonban, hogy elérjék a kívánt fiziológiás szintje kolonizáció a mátrixban sejtek nem dinamikus körülmények között a bioreaktor, és a beültetett mesterséges szívbillentyűket kísérte elég gyorsan (három hónap) megvastagodása következtében felgyorsult sejt-proliferáció és extracelluláris mátrix kialakulását. Így ebben a szakaszban a használata donor sejtmentes mátrixok benépesülésére sejtek számos megoldatlan problémák, beleértve a 8 immunológiai és fertőző a munka jellege detsellyulyarizovannymi bioprotézisek folytatódik.

Meg kell jegyezni, hogy a kollagén az egyik lehetséges biológiai anyag a biológiailag lebomló mátrixok előállításához. Használható hab, gél vagy lemezek formájában, szivacsok és rost alapú előformák formájában. A kollagén használata azonban számos technológiai nehézséghez kapcsolódik. Különösen nehéz a betegtől szerezni. Ezért jelenleg a legtöbb kollagén mátrix állati eredetű. Az állati kollagén késleltetett biológiai lebomlása nagyobb fokú zoonózis-fertőzés kockázatával járhat, immunológiai és gyulladásos válaszokat okozhat.

A fibrin egy másik biológiai anyag, amelynek biológiai lebonthatósága szabályozott jellemzőkkel bír. Mivel a fibrin géleket a páciens véréből lehet előállítani az autológ mátrix későbbi előállítása céljából, az ilyen szerkezet beültetése nem okozhat mérgező lebomlást és gyulladásos reakciót. Azonban a fibrinnek olyan hátrányai vannak, mint a diffúzió és a környezetbe való kiszivárgás és az alacsony mechanikai jellemzők.

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

Mesterséges szívszelepek szintetikus anyagokból

Mesterséges szívszelepek is készültek szintetikus anyagokból. Számos kísérlet, hogy a gyártás szelepek mátrixokat alapján a használata polyglactin, poliglikolsav (PGA), polilakticheskoy sav (PLA), a kopolimer a PGA és PLA (PLGA), és a polihidroxi-alkanoátok (PHA). A rendkívül porózus szintetikus anyag szőtt vagy nem szőtt szálakból és sóoldó technikából nyerhető. Ígéretes kompozit anyag (PGA / R4NV) gyártására mátrixok származó, nem-szövött hurkot poliglikolsav (PGA), bevonva poli-4-hidroxi-butirát (R4NV). Az anyagból készült mesterséges szívszelepeket etilén-oxiddal sterilizálják. Ugyanakkor jelentős kezdeti merevség és vastagsága a hurkok ezen polimerek, azok gyors és ellenőrizhetetlen lebomlása kíséri megjelenése citotoxikus termékek savas, további vizsgálatokat igényel, és keressen más anyagok.

Használata autológ szövettenyésztő lemezeken miofibroblasztokká tenyésztettük egy keretre, hogy támaszt képezzen mátrixot serkenti a termelés ezen sejtek hozama mintákat aktív szelepekkel életképes sejtek körül extracelluláris mátrix. Azonban a szelepek szövetének mechanikai tulajdonságai nem elegendőek a beültetésükhöz.

A létrehozott szelep szövetének proliferációjának és regenerációjának szükséges szintje nem érhető el csak a sejtek és a mátrix kombinálásával. A sejtgén és szövetképződés kifejeződése szabályozható vagy stimulálható növekedési faktorok, citokinek vagy hormonok, mitogén faktorok vagy tapadási tényezők hozzáadásával a mátrixokban és mátrixokban. Vizsgálják ezen szabályozók bevezetésének lehetőségét a mátrix bioméreteiben. Általánosságban elmondható, hogy jelentősen hiányzik a biokémiai ingerekkel kapcsolatos szövetszelep kialakulásának szabályozására vonatkozó kutatás.

Acelluláris sertés heterológ Mátrix P pulmonális bioprosthesis tartalmaz detsellyulyarizovannoy kezelt kelme egy speciális szabadalmaztatott AutoTissue GmbH eljárás álló antibiotikum-kezelés, nátrium-dezoxikolát és az alkohol Ez a feldolgozási módszert, amelyet a Nemzetközi Szabványügyi Szervezet, megszünteti az összes élő sejt és postkletochnye szerkezete (fibroblasztok, endoteliális sejtek, baktériumok, vírusok, gombák, mikoplazma) megtartja architektúra a sejten kívüli mátrixot, csökkenti a DNS-t és RNS-t a szövetben a minim mA, amely nullára csökkenti a valószínűségét továbbításának sertés endogén retrovírus (perverz) személy. Mátrix P bioprosthesis áll kizárólag kollagén és elasztin, mely megőrizte a szerkezeti integrációja.

Kísérletek során a juhok lajstromozták minimális reakció a környező szövetre 11 hónappal a beültetés után a P mátrix bioprosthesis jó teljesítményét a túlélés, amely különösen, nyilvánul annak fényes belső felületén a szívbelhártya. Tény, hogy nem volt gyulladásos reakció, a megvastagodás és a szeleplapok lerövidítése. A Matrix P bioprotézis szövet alacsony kalciumszintjét is feljegyezték, a különbség statisztikailag szignifikáns volt a kezelt glutáraldehidhez képest.

Mátrix P mesterséges szívbillentyűk igazítható a beteg állapota néhány hónappal a műtétek után. Abban a vizsgálatban, a végén a referencia-időszak feltárta egy intakt extracelluláris mátrix és a leeresztő endothelium. A xenograftokat Matrix R beültetett lépésben Ross végzett 50 betegnél veleszületett rendellenességekben a 2002 és 2004 kitűnőnek bizonyult, és az alsó transvalvularis nyomásgradienseken képest hidegtartósított és detsellyulyarizovannymi allograft SynerGraftMT, és keret nélküli bioprotézisek glutáraldehiddel kezeljük. Mátrix P műszív szelepek az arteria pulmonalis szelep csere felújítása során jobb kamrai kiáramlási traktus sebészetében veleszületett és szerzett rendellenességek és a pulmonális szelep protézis a Ross eljárás, négyféle méretben (belső átmérő): Infant (15-17 mm ) gyermekek (18-21 mm), közepes (22-24 mm) és a felnőtt (25-28 mm).

Fejlődéséről a szelepek alapján tissue engineering függ a siker a szelep sejtbiológia (beleértve a génexpresszió kérdések és szabályozása), a tanulmány embrionális és a kor a szelepek (beleértve angiogén és neurogén faktorok), pontos ismerete biomechanikájának minden szelepet, azonosítja a megfelelő rendezésének sejtek az optimális mátrixok fejlesztése. További fejlettebb szöveti szelepek, egy teljes megértése közötti kapcsolat a mechanikai és strukturális jellemzői a natív szelep és ösztönző (biológiai vagy mechanikai), hogy újra ezeket a jellemzőket az in vitro.

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