Keinotekoiset sydänventtiilit

Moderni, saatavana kliiniseen käyttöön, biologiset keinotekoiset sydämen venttiilit, lukuun ottamatta keuhkoautograftia, ovat elinkelvottomia rakenteita, joilla ei ole kasvun ja kudosten korjaamista. Tämä asettaa merkittäviä rajoituksia niiden käyttöön erityisesti lapsilla valssaapatologian korjauksessa. Kudoskehitys on muodostunut viimeisten 15 vuoden aikana. Tämän tieteellisen suunnan tarkoituksena on luoda keinotekoisissa olosuhteissa sellaisia rakenteita kuin keinotekoiset sydämen venttiilit, joilla on tromboa kestävä pinta ja elinkelpoinen interstitium.

[1], [2],

Miten keinotekoiset sydämen venttiilit kehittyvät?

Tieteellinen käsite kudosteknologian perustuu ajatukseen ratkaista ja viljely elävien solujen (fibroblastien, kantasolujen, jne.) Sen synteettinen tai luonnollinen absorboituvat runko (matriisi), joka edustaa kolmiulotteinen venttiili rakenne, samoin kuin signaalien käyttöön, jotka säätelevät geenien ilmentymistä, organisaatio ja tuottavuus siirrettyjen soluja solunulkoisen matriisin muodostamisen aikana.

Tällaiset keinotekoiset sydänventtiilit on integroitu potilaan kudokseen, jotta sen rakenne ja toiminta pysyvät ennallaan ja ylläpidettävät edelleen. Näin ollen alun perin matriisi seurauksena operaation solujen (fibroblastien ja myofibroblastien ai.), Uusi kehys kollagenoelastinovy tai, tarkemmin, soluväliaineen. Tämän seurauksena optimaalinen keinotekoinen sydän venttiilit kudosteknologian tekniikalla oltava anatominen rakenne ja toiminta lähempänä natiivi, ja on biomekaaninen mukautuvuutta, kyky korjata ja kasvua.

Kudoskehitys kehittää keinotekoisia sydänventtiilejä, jotka käyttävät erilaisia solujen korjuumenetelmiä. Siten voidaan käyttää ksenogeenisiä tai allogeenisiä soluja, vaikka ensimmäiset liittyvätkin zoonoottisen kuljetuksen riskiin ihmisille. Antigeenisyyden vähentäminen ja organismin hylkimisreaktioiden estäminen on mahdollista allogeenisten solujen geneettisellä modifikaatiolla. Kudoskehitys vaatii luotettavan solutuotannon lähteen. Tämä lähde on autogeenisia soluja, jotka on otettu suoraan potilasta vastaan, eivätkä anna immuunivastetta imetyksen aikana. Tehokkaita keinotekoisia sydänventtiilejä valmistetaan verisuonia (verisuonia ja verisuonia) sisältävistä autologisista soluista. Puhdas soluviljelmien saamiseksi on kehitetty menetelmä, joka perustuu fluoresoivalla aktivoidulla solulajittelulla (FACS). Verisuonesta johdettu sekasolupopulaatio leimataan asetyloidulla, pienitiheyksisellä lipoproteiinimarkkerilla, joka adsorboituu selektiivisesti endotelyyttien pinnalle. Endotelytyyttejä voidaan tämän jälkeen helposti erottaa suurimmasta osasta soluista peräisin olevia soluja, joita edustaa sileiden lihasolujen, myofibroblasteiden ja fibroblasteiden seos. Solujen lähde, oli se valtimo tai laskimo, vaikuttaa lopullisen rakenteen ominaisuuksiin. Näin ollen keinotekoiset sydämen venttiilit, joiden matriisi on kylvetty venosoluilla kollageenin muodostumisen ja mekaanisen stabiilisuuden suhteen, ylittävät valtimosolujen kylvämät rakenteet. Perifeeristen laskimoiden valinta näyttää olevan kätevämpi solujen keräämisen lähde.

Myofibroblastit voidaan myös ottaa karotidisilta valtimoilta. Samanaikaisesti soluista saadut solut eroavat olennaisesti niiden luonnollisista välituotteista. Autologisia napanuoran soluja voidaan käyttää vaihtoehtoisena solulähteenä.

Kantasoluihin perustuvat keinotekoiset sydämen venttiilit

Kudosteknologian edistymistä viime vuosina helpottaa kantasolututkimus. Punaisen luuytimen kantasolujen käytöllä on sen edut. Erityisesti biomateriaalien näytteenoton ja in vitro -viljelyn yksinkertaisuus ja sen jälkeen erilaistuminen erilaisiin mesenkyymisoluihin mahdollistaa ehjien alusten käytön välttämisen. Kantasolut ovat pluripotenttisia solujen mikrobien lähteitä, niillä on ainutlaatuiset immunologiset ominaisuudet, jotka edistävät niiden stabiilisuutta allogeenisissä olosuhteissa.

Ihmisen luuytimen kantasolut saadaan sternin punktuurilla tai piikikäsikolla. Ne eristetään 10-15 ml: sta rintalastan aspiriitista, erotetaan toisista soluista ja viljellään. Saavutettaessa haluttu solujen määrä (yleensä 21-28 päivää) tuottavat kylvö- (kolonisaatio) matriisissa viljellään väliaineessa staattisessa asennossa (ja 7 päivä kostutetussa inkubaattorissa 37 ° C: ssa, kun läsnä oli 5% CO2). Sen jälkeen solukasvun stimuloiminen kautta kupturalnuyu ympäristö (biologiset ärsykkeet) tai fysiologisissa olosuhteissa luomalla kudoksen kasvun aikana sen muodonmuutoksen isometrinen toistolaite pulssitettua - bioreaktoriin (mekaanisille ärsykkeille). Fibroblastit ovat herkkiä mekaanisille ärsykkeille, jotka edistävät niiden kasvua ja toiminnallista aktiivisuutta. Sykkivä virtaus aiheuttaa kasvun sekä radiaali- ja kehän muodonmuutoksia, mikä johtaa suunta (venymä) solut asutuilla suuntaan toiminnan nämä voimat. Tämä puolestaan johtaa läpän suuntautuneiden kuitujen rakenteeseen. Vakiovirta aiheuttaa vain tangentiaalisia rasituksia seinille. Sykkivällä virtauksella on edullinen vaikutus solujen morfologiaan, proliferaatioon ja solunulkoisen matriisin koostumukseen. Luonne ravintoalustaa virtaus, fysikaalis-kemialliset olosuhteet (pH, pO2 ja pCO2) bioreaktorissa myös vaikuttaa merkittävästi kollageenin tuotantoa. Joten laminaarivirtaus, sykliset pyörrevirrat lisäävät kollageenin tuotantoa, mikä johtaa parantuneisiin mekaanisiin ominaisuuksiin.

Toinen lähestymistapa kasvava kudos rakenteissa on aikaansaada alkion bioreaktorissa sijasta mallinnus fysiologisia olosuhteita ihmiskehon. Kasvanut kantasolujen kudoksen bioklapany on liikkuva läpät ja muovi, joka on toiminnallisesti pois korkeassa paineessa ja virtaus, joka ylittää fysiologiselle tasolle. Histologisia ja histokemiallinen tutkimukset lehtiset näiden rakenteiden osoitti, että läsnä niissä aktiivisesti käynnissä olevat prosessit biohajoamisen matriisin ja korvaamalla se elävään kudokseen. Kangas laminaatti tyyppi järjestetty ominaisuuksista soluväliaineen proteiinit, kuten ominaisuudet luontaisen kudoksen läsnäolo kollageenin tyypin I ja III, ja glykosaminoglykaaneista. Kuitenkin, saatiin tyypillinen kolmikerroksinen rakenne venttiilien - kammion, sienimäinen ja kuitukerroksia. Havaittu kaikissa fragmentit ASMA-positiivisten solujen, jotka ekspressoivat vimentiinin on samanlaiset ominaisuudet ominaisuudet myofibroblastien. Elektronimikroskopia solun elementtien on havaittu olevan ominaisia elinkelpoisia, aktiivinen sekretorisen myofibroblasteja (aktiini / myosiini filamentti, lanka kollageenin, elastiinin) ja kankaan pinnalle - endoteelisoluissa.

Venttiileissä oli I, III-tyyppisiä kauluksia, ASMA ja vimentin. Kudoksen siipien ja natiivien rakenteiden mekaaniset ominaisuudet olivat vertailukelpoisia. Kudos keinotekoinen sydänventtiilit osoittivat erinomaista suorituskykyä 20 viikkoa ja muistuttivat luonnollisia anatomisia rakenteita niiden mikrorakenteelle, biokemialliselle profiilille ja proteiinimatriisin muodostumiselle.

Kaikki keinotekoinen sydänventtiili, joka saatiin kudostekniikan menetelmän avulla, istutettiin keuhkoasemaan eläin, koska niiden mekaaniset ominaisuudet eivät vastaa aortan asemassa olevia kuormia. Eläimistä istutetut kudosventtiilit ovat rakenteeltaan samanlaisia rakenteessa kuin alkuperäisillä, mikä viittaa niiden kehittymiseen ja uudelleenjärjestelyyn in vivo -olosuhteissa. Olipa kudoksen uudelleenjärjestelyn ja kypsymisen prosessi jatkunut fysiologisissa olosuhteissa keinotekoisten sydänventtiilien istuttamisen jälkeen, kuten eläinkokeissa havaitaan, lisätutkimukset osoittavat.

Ihanteellinen keinotekoinen sydän venttiilit pitäisi olla huokoisuus on vähintään 90%, koska se on välttämätöntä solujen kasvua, toimitus ravinteiden ja poistamalla solujen aineenvaihduntaa tuotteiden lisäksi biologisen yhteensopivuuden ja hajoaminen, keinotekoinen sydän venttiilit pitäisi olla kemiallisesti suotuisa inokuloimaan solun pintaan ja täyttävät mekaanisesti luonnollisen kudoksen ominaisuuksia. Tason matriisin bioha- joaminen on valvottava ja suhteessa tasoon uuden kudoksen muodostumista, jotta voidaan taata mekaaninen stabiilisuus tietyn ajan.

Tällä hetkellä kehitetään synteettisiä ja biologisia matriiseja. Yleisimpiä biologisia materiaaleja matriisien luomiseksi ovat luovuttajan anatomiset rakenteet, kollageeni ja fibriini. Polymeeriset keinotekoiset sydämen venttiilit on suunniteltu biologisesti hajoamaan implantoinnin jälkeen heti kun istutetut solut alkavat tuottaa ja järjestää omaa solunulkoista matriisiverkostoaan. Uuden matriisikudoksen muodostumista voidaan säätää tai stimuloida kasvutekijöillä, sytokiineillä tai hormoneilla.

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

Avustavat keinotekoiset sydämen venttiilit

Luovuttajan keinotekoiset sydänläpät saatu ihmisille tai eläimille vailla solujen antigeenien detsellyulyarizatsii niiden immunogeenisyyden alentamiseksi, voidaan käyttää matriiseina. Ekstrasellulaarisen matriisin säilyneet proteiinit ovat perusta kylvettyjen solujen myöhempää tarttumista varten. On olemassa seuraavat menetelmät poistamiseksi soluelementtien (atsellyulyarizatsii): jäädyttäminen, hoito trypsiini / EDTA: ta, pesuaine - natriumdodekyylisulfaatti, nat- deoksikolatom, Triton X-100, MEGA 10, TnBR CHAPS, Tween 20: tä, sekä monivaiheista entsymaattinen käsittely menetelmiä. Tämä poistaa solukalvojen, nukleiinihapot, lipidit, solulimarakenteita ja liukoisen matriisin molekyylien kanssa säilyttäminen kollageenin ja elastiinin. Ihanteellista menetelmää ei kuitenkaan ole vielä löydetty. Vain natriumdodekyylisulfaattia (0,03-1%) tai natrium-deoksikolat (0,5-2%) johti täydellisen poistamisen soluja 24 tunnin kuluttua hoidosta.

Histologinen tutkimus kauko detsellyulyarizovannyh bioklapanov (allograftin ja ksenograftin) koe-eläimillä (koirilla ja siat) ovat osoittaneet, että on osittainen sisäänkasvua ja endoteelin myofibroblasteja vastaanottajan emästä kohti, ei merkkejä kalkkeutumista. Melko voimakasta inflammatorista infiltraatiota havaittiin. Epäsymmetrisen SynerGraftTM-venttiilin kliinisissä tutkimuksissa kehitettiin kuitenkin varhaista vajaatoimintaa. Matriisi määritettiin bioprosthesis ilmaistiin tulehdusreaktio, joka oli alun perin ei-spesifinen ja sen mukana lymfosyyttinen reaktiolla. Bioproteesin dysfunction and degeneration kehittyy vuoden kuluessa. Solujen kolonisaatiota ei havaittu soluissa, mutta venttiilien kalsifiointi ja esiimplantaatiosolujen jätteet havaittiin.

Endoteelisolujen ympätään soluton matriisi ja viljeltiin in vitro ja in vivo -olosuhteissa muodostunut yhtenäinen pinnalle läppien, ja interstitiaalinen solut ympättiin natiivi rakenne osoitti niiden kyky erilaistumiseen. Kuitenkin, jotta saavutetaan haluttu fysiologinen taso kolonisaation matriisin soluissa ei dynaamisissa olosuhteissa bioreaktorin, ja istutetaan keinotekoinen sydänläppien mukana oli tarpeeksi nopeasti (kolme kuukautta) paksuuntuminen aikana nopeutetun soluproliferaation ja soluväliaineen muodostumista. Näin ollen, tässä vaiheessa käyttää luovuttajan soluttoman matriisien niiden kolonisaatio solut on useita ratkaisemattomia ongelmia, kuten 8 immunologisen ja tarttuvan työn luonne detsellyulyarizovannymi bioprostheses jatkuu.

On huomattava, että kollageeni on myös yksi mahdollisista biologisista materiaaleista sellaisten matriisien valmistamiseksi, jotka pystyvät biohajoamaan. Sitä voidaan käyttää vaahdon, geelin tai levyjen muodossa, sieniä ja kuitupohjaisena esimuotona. Kollageenin käyttö kuitenkin liittyy useisiin teknisiin vaikeuksiin. Erityisesti on vaikea saada potilasta. Siksi nykyisin useimmat kollageenimatriisit ovat eläinperäisiä. Eläinkolaseenin viivästynyt biohajoavuus voi lisätä zoonoosien aiheuttamaa infektion riskiä, aiheuttaa immunologisia ja tulehduksellisia reaktioita.

Fibrin on toinen biologinen aine, jolla on biohajoavuuden hallittuja ominaisuuksia. Koska fibriinigeelit voidaan valmistaa potilaan verestä autologisen matriisin myöhemmäksi valmistamiseksi, tällaisen rakenteen implantointi ei aiheuta sen myrkyllistä hajoamista ja tulehduksellista vasteen. Kuitenkin fibriinillä on sellaisia haittoja kuin diffuusio ja liuottaminen ympäristöön ja alhaiset mekaaniset ominaisuudet.

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

Keinotekoiset sydänventtiilit valmistettu synteettisistä materiaaleista

Keinotekoiset sydänventtiilit on myös valmistettu synteettisistä materiaaleista. Useat yritykset valmistaa venttiilit matriiseja perustuen käyttöön polyglaktiini, polyglykolihappo (PGA), polilakticheskoy happoa (PLA), kopolymeeri PGA ja PLA (PLGA) ja polyhydroksialkanoaattien (PHA). Huokoinen synteettinen materiaali voidaan saada kudotuista tai kuitukankaista ja käyttämällä suolavedennusteknologiaa. Lupaava komposiittimateriaalista (PGA / R4NV) valmistukseen matriisien peräisin ei-kudotut silmukoita polyglykolihappo (PGA), päällystetty poly-4-hydroksibutyraatti (R4NV). Valmistetut keinotekoiset sydämen venttiilit tästä materiaalista steriloidaan etyleenioksidilla. Kuitenkin merkittävä ensimmäinen jäykkyys ja silmukoiden paksuus näiden polymeerien, niiden nopea ja hallitsematon hajoaminen on mukana vapautuminen sytotoksisten tuotteiden happamia, edellyttävät lisätutkimuksia ja etsiä muita materiaaleja.

Käytetään autologisia kudosviljelylevyille myofibroblasteja viljelty kehyksen tukimatriisin muodostamista stimuloimalla näiden solujen saatiin näytteistä, joilla on aktiivinen venttiilien eläviä soluja ympäröi soluväliaineen. Kuitenkin näiden venttiilien kudosten mekaaniset ominaisuudet eivät riitä niiden implantointiin.

Luodun venttiilin kudoksen proliferaatiota ja uudistumista ei voida saavuttaa vain yhdistämällä solut ja matriisi. Solugeenin ja kudosten muodostumista voidaan säätää tai stimuloida lisäämällä kasvutekijöitä, sytokiineja tai hormoneja, mitogeenisiä tekijöitä tai adheesiokertoimia matriiseissa ja matriiseissa. Mahdollisuutta ottaa käyttöön nämä säätimet matriisin biomateriaaleihin tutkitaan. Yleensä on olemassa huomattava puute tutkimuksessa, joka koskee biokemiallisten ärsykkeiden kudosventtiilien muodostuksen prosessin säätelyä.

Soluttoman sian heterologinen Matrix P keuhkojen bioprosthesis käsittää detsellyulyarizovannoy kangas käsitellään erityisellä patentoitu AutoTissue GmbH menettely koostuu antibioottihoito, natriumdeoksikolaattia ja alkoholin Tämä käsittely menetelmästä, International Organization for Standardization, eliminoi kaikki elävät solut ja postkletochnye rakenne (fibroblastit, endoteelisolut, bakteerit, virukset, sienet, mykoplasma) säilyttää arkkitehtuuri soluväliaineen, se vähentää taso DNA: n ja RNA: n kudoksen minim mA, mikä vähentää nollaan todennäköisyys lähetyksen sian endogeenisen retroviruksen (Perv) henkilö. Matriisi P bioprosthesis koostuu yksinomaan kollageenin ja elastiinin säilynyt rakenteellista integraatiota.

Kokeiden aikana lammas rekisteröitiin vähintään reaktio ympäröivästä kudoksesta 11 kuukausi istutuksen jälkeen P Matrix bioprosthesis hyvän suorituskyvyn sen selviytymisen, joka, erityisesti, ilmenee sen kiiltävä sisäpintaan sisäkalvon. Itse asiassa ei ollut inflammatorisia reaktioita, sakeuttamis-ja lyhentäminen venttiilin läppä. Matriisin P bioproteettien kudos matalalla kalsiumtasolla myös kirjattiin, ero oli tilastollisesti merkitsevä verrattuna käsiteltyyn glutaraldehydiin.

Matrix P keinotekoinen sydän venttiilit sovittaa yksittäisen potilaan edellytykset muutaman kuukauden kuluttua implantaatiosta. Tutkimuksessa havaittiin kontrollointijakson päättymisen jälkeen ehjää solunulkoista matriisia ja viemärin endoteelia. Ksenografteja Matrix R istutettu vaiheessa Ross suoritettiin 50 potilailla, joilla on synnynnäinen vikoja vuosina 2002-2004, on osoittanut, parempi suorituskyky ja alempi transvalvular painegradientit verrattuna kylmäsäilytettiin ja detsellyulyarizovannymi allograftin SynerGraftMT, ja kehyksetön bioprostheses käsiteltiin glutaraldehydillä. Matriisi P Keinotekoinen sydän venttiilit keuhkovaltimon läpän korvaamisesta uudelleenmuodostamisen aikana oikean kammion ulosvirtauskanavassa kirurgiassa synnynnäisten ja hankittujen vikojen ja keuhkojen läppäproteesi on Ross menettely, on saatavissa neljää eri kokoa (sisähalkaisija): Infant (15-17 mm ) lapsia (18-21 mm), keskitason (22-24 mm) ja aikuisten (25-28 mm).

Edisty venttiilien perusteella kudosteknologian riippuu menestys venttiilin solubiologian (mukaan lukien geenin ilmentymisen kysymykset ja asetus), tutkimus embryogeenisen ja ikä venttiilien (mukaan lukien angiogeenistä ja neurogeeninen tekijät), tarkka tuntemus biomekaniikasta jokaisen venttiilin, tunnistaa riittävä ratkaisemiseksi solujen optimaalisten matriisien kehittäminen. Kehittää edelleen kehittyneempiä kudoksen venttiilit, täydellinen ymmärtäminen suhde mekaaniset ja rakenteelliset ominaisuudet natiivin venttiilin ja kannustaa (biologinen tai mekaaninen) luoda nämä ominaisuudet in vitro.

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