صمامات اصطناعية للقلب

حديثة ، متاحة للاستخدام السريري ، وصمامات القلب الاصطناعية البيولوجية ، باستثناء طعم ذاتي الرئة ، هي هياكل غير قابلة للحياة التي تفتقر إلى إمكانات للنمو وإصلاح الأنسجة. هذا يفرض قيودًا كبيرة على استخدامها ، خاصة عند الأطفال في تصحيح أمراض الصمامات. تم تشكيل هندسة الأنسجة على مدى السنوات ال 15 الماضية. الغرض من هذا الاتجاه العلمي هو خلق ظروف اصطناعية لمثل هذه الهياكل مثل صمامات القلب الاصطناعية ذات السطح المقاوم للخثرة والمتانة الدائمة.

[1], [2], [3], [4], [5], [6],

تقنية

كيف يتم تطوير صمامات القلب الاصطناعية؟

ويستند المفهوم العلمي للهندسة الأنسجة على فكرة تسوية وزراعة الخلايا الحية (الخلايا الليفية والخلايا الجذعية، الخ) في الهيكل العظمي للامتصاص الاصطناعية أو الطبيعية (المصفوفة) يمثل هيكل صمام ثلاثي الأبعاد، فضلا عن استخدام الإشارات التي تنظم التعبير عن الجينات، تنظيم والإنتاجية المزروعة الخلايا خلال فترة تشكيل المصفوفة خارج الخلية.

يتم دمج صمامات القلب الاصطناعية هذه مع نسيج المريض من أجل الاستعادة النهائية وصيانة هيكله ووظيفته. وهكذا على مصفوفة أولية نتيجة للخلايا عملية (الخلايا الليفية وmyofibroblasts الله.)، A إطار kollagenoelastinovy جديدة أو على نحو أدق، المصفوفة خارج الخلية. ونتيجة لذلك ، ينبغي لصمامات القلب الصناعية المثلى التي تم إنشاؤها بواسطة طريقة هندسة الأنسجة ، من خلال هيكلها التشريحي ووظيفتها ، أن تقترب من الصمام الأصلي ، كما أن لديها القدرة على التكيف الحيوي ، والقدرة على الإصلاح والنمو.

تقوم هندسة الأنسجة بتطوير صمامات القلب الاصطناعية باستخدام مصادر مختلفة لحصاد الخلايا. وبالتالي ، يمكن استخدام الخلايا المستجيبة أو الخافتة ، على الرغم من أن الأول يرتبط بخطر انتقال الحيوانات حيوانية إلى البشر. للحد من استضداد ومنع ردود فعل الرفض للكائن هو ممكن من خلال التعديل الوراثي للخلايا خيفي. تتطلب هندسة الأنسجة مصدرًا موثوقًا لإنتاج الخلايا. هذا المصدر هو خلايا ذاتية المنشأ مأخوذة مباشرة من المريض ولا تعطي ردوداً مناعية أثناء إعادة الزرع. يتم إنتاج صمامات القلب الاصطناعية الفعالة على أساس الخلايا الذاتية المشتقة من الأوعية الدموية (الشرايين والأوردة). للحصول على زراعة الخلايا النقية ، تم تطوير طريقة تعتمد على استخدام الفرز الفلوري المنشط (FACS). سكان الخلية المختلطة التي تم الحصول عليها من أحد الأوعية الدموية، وصفت الأسيتيل وجود انخفاض الكثافة علامة الذي يمتص بشكل انتقائي على سطح الخلايا البطانية. يمكن بعد ذلك فصل الخلايا البطانية بسهولة عن الجزء الأكبر من الخلايا المشتقة من الأوعية ، والتي سيتم تمثيلها بمزيج من خلايا العضلات الملساء ، والورم العضلي الليفي والخلايا الليفية. مصدر الخلايا ، سواء كان شريانًا أو وريدًا ، سيؤثر على خصائص البنية النهائية. وهكذا ، فإن صمامات القلب الاصطناعية ذات المصفوفة المزروعة بالخلايا الوريدية ، من حيث درجة تكوين الكولاجين والثبات الميكانيكي ، تتجاوز التركيبات التي تزرعها الخلايا الشريانية. يبدو أن اختيار الأوردة المحيطية هو مصدر أكثر ملاءمة لحصاد الخلايا.

يمكن أن تؤخذ myofibroblasts أيضا من الشرايين السباتية. في نفس الوقت ، تختلف الخلايا التي تم الحصول عليها من الأوعية بشكل أساسي عن الخلايا الخلاليّة الطبيعية. يمكن استخدام خلايا الحبل السري الذاتية كمصدر بديل للخلايا.

صمامات القلب الاصطناعية على أساس الخلايا الجذعية

يتم تسهيل تقدم هندسة الأنسجة في السنوات الأخيرة من خلال أبحاث الخلايا الجذعية. إن استخدام الخلايا الجذعية لنخاع العظم الأحمر له مميزاته. على وجه الخصوص ، فإن بساطة أخذ العينات biomaterial والزراعة في المختبر مع التمايز اللاحقة في أنواع مختلفة من الخلايا اللحمة المتوسطة يسمح لتجنب استخدام الأوعية سليمة. الخلايا الجذعية هي مصادر متعددة القدرات من جراثيم الخلية ، ولها خصائص مناعية فريدة من نوعها التي تسهم في استقرارها في ظروف خيفي.

يتم الحصول على الخلايا الجذعية لنخاع العظم البشري عن طريق ثقب القصبة أو ثقب الحرقفي. وهي معزولة من 10-15 مل من نضح القص ، منفصلة عن الخلايا الأخرى والمثقف. عند بلوغ عدد الخلايا المطلوب (عادة في غضون 21-28 يوما) إنتاج البذار من (الاستعمار) في المصفوفة هو مثقف في المتوسط في وضع ثابت (لمدة 7 أيام في حاضنة ترطيب عند 37 درجة مئوية في وجود 5٪ CO2). التحفيز في وقت لاحق من نمو الخلايا من خلال بيئة kupturalnuyu (المحفزات البيولوجية) أو الظروف الفسيولوجية من خلال خلق نمو الأنسجة خلال تشويه في جهاز استنساخ متساوي القياس نابض - مفاعل حيوي (المحفزات الميكانيكية). الأرومات الليفية حساسة للمحفزات الميكانيكية التي تعزز نموها ونشاطها الوظيفي. يتسبب التدفق النابض في حدوث زيادة في كل من التشوهات الشعاعية والدائرية ، مما يؤدي إلى توجيه (الاستطالة) للخلايا المأهولة في اتجاه عمل مثل هذه الإجهادات. هذا يؤدي ، بدوره ، إلى تشكيل هياكل الألياف الموجهة من اللوحات. تدفق مستمر يسبب فقط الضغوط الملموسة على الجدران. تدفق النبض له تأثير مفيد على مورفولوجيا الخلايا ، والانتشار وتكوين المصفوفة خارج الخلية. إن طبيعة تدفق الوسط المغذي ، والظروف الفيزيائية الكيميائية (pH ، pO2 و pCO2) في المفاعل الحيوي تؤثر بشكل كبير على إنتاج الكولاجين. لذا ، فإن التدفق الصفحي ، التيارات الدوامية الدورية تزيد من إنتاج الكولاجين ، مما يؤدي إلى تحسين الخواص الميكانيكية.

هناك نهج آخر في بناء هياكل الأنسجة هو خلق ظروف جنينية في مفاعل حيوي بدلاً من نمذجة الظروف الفيزيولوجية لجسم الإنسان. على أساس الخلايا الجذعية ، تكون الأنسجة البيولوجية ذات صمامات متحركة وبلاستيكية تعمل بشكل جيد عندما تتعرض لضغط مرتفع وتدفق يتجاوز المستوى الفيزيولوجي. أظهرت الدراسات النسيجية والنسيجية لنشرات هذه البنيات وجودها في عمليات التحلل الحيوي النشطة للمصفوفة واستبدالها بنسيج قابل للحياة. نوع القماش صفح رتبت على خصائص البروتينات المصفوفة خارج الخلية، هذه الخصائص من الأنسجة الأم من خلال وجود نوع الكولاجين الأول والثالث، والجليكوزامينوجليكان. ومع ذلك ، لم يتم الحصول على هيكل نموذجي ثلاثي الطبقات للصمامات - البطين والاسفنج والطبقات الليفية. اكتشفت في جميع الشظايا ، الخلايا الإيجابية ASMA معربا عن vimentin لها خصائص مشابهة لخصائص myofibroblasts. تم العثور على الإلكترون المجهري عناصر الخلية لتكون سمة من سمات قابلة للحياة، myofibroblasts النشطة الإفرازية (الأكتين / خيوط الميوسين، والكولاجين الغزل والإيلاستين) وعلى سطح النسيج - الخلايا البطانية.

تم العثور على الياقات من I ، أنواع III ، ASMA و vimentin على الصمامات. كانت الخواص الميكانيكية لأجنحة الأنسجة والبنى المحلية مماثلة. وأظهرت صمامات القلب الاصطناعية للأنسجة أداءً ممتازًا لمدة 20 أسبوعًا وتشبه الهياكل التشريحية الطبيعية لبنيتها المجهرية وملفها البيوكيميائي وتشكيل مصفوفة البروتين.

تم زرع جميع صمامات القلب الاصطناعية ، التي تم الحصول عليها من خلال طريقة هندسة الأنسجة ، في موضع الرئة من قبل الحيوان ، لأن خصائصها الميكانيكية لا تتوافق مع الأحمال في وضع الأبهر. تتشابه صمامات الأنسجة المزروعة من الحيوانات بنيوياً في تركيبها مع تلك الأم ، مما يدل على تطويرها وإعادة ترتيبها في ظروف الجسم الحي. ما إذا كانت عملية إعادة هيكلة الأنسجة ونضجها ستستمر في الظروف الفسيولوجية بعد زرع صمامات القلب الاصطناعية ، كما هو ملاحظ في التجارب على الحيوانات ، ستظهر المزيد من الدراسات.

يجب على صمامات القلب الاصطناعية مثالية لديهم المسامية لا تقل عن 90٪ لأنه ضروري لنمو الخلايا، وتسليم المواد الغذائية والتخلص من المنتجات استقلاب الخلية، بالإضافة إلى توافق مع الحياة والتحلل البيولوجي، وينبغي أن يكون صمامات القلب الاصطناعية مواتية كيميائيا لتطعيم سطح الخلية ومطابقة ميكانيكيا خصائص الأنسجة الطبيعية. يجب التحكم في مستوى التحلل البيولوجي للمصفوفة ويتناسب مع مستوى تكوين الأنسجة الجديدة لضمان ضمان الاستقرار الميكانيكي لفترة معينة.

حاليا ، يتم تطوير المصفوفات الاصطناعية والبيولوجية. المواد البيولوجية الأكثر شيوعا لإنشاء المصفوفات هي الهياكل التشريحية المانحة ، والكولاجين والفيبرين. صممت صمامات القلب الاصطناعية البوليمرية للتحلل الحيوي بعد الزرع بمجرد أن تبدأ الخلايا المزروعة في إنتاج وتنظيم شبكة مصفوفة خارج الخلية الخاصة بها. يمكن تنظيم أو تحفيز تكوين نسيج مصفوفة جديد بواسطة عوامل النمو أو السيتوكينات أو الهرمونات.

[7], [8], [9], [10], [11], [12], [13]

صمامات القلب الاصطناعية للمتبرع

المانحة صمامات القلب الاصطناعي تم الحصول عليها من البشر أو الحيوانات وتخلو من مولدات المضادات الخلوية التي كتبها detsellyulyarizatsii للحد المناعية، ويمكن استخدام المصفوفات. البروتينات المصفوفة خارج الخلية المتبقية هي أساس للالتصاق لاحق من خلايا المزروعة. هناك الطرق التالية لإزالة العناصر الخلوية (atsellyulyarizatsii): تجميد والعلاج التربسين / EDTA، والمنظفات - دوديسيل كبريتات الصوديوم، deoksikolatom الصوديوم، تريتون X-100، ميجا 10، TnBR CHAPS، توين 20، وكذلك متعددة الخطوات طرق العلاج الأنزيمية. هذا يزيل أغشية الخلايا والأحماض النووية، والدهون، والهياكل حشوية والجزيئات مصفوفة قابلة للذوبان مع الحفاظ على الكولاجين والإيلاستين. ومع ذلك، لم يتم العثور على الطريقة المثلى. أدت فقط الصوديوم دوديسيل كبريتات (،03-1٪) أو deoksikolat الصوديوم (0.5-2٪) إلى الإزالة الكاملة للخلايا بعد العلاج 24 ساعة.

وقد أظهرت الفحص النسيجي بعيد bioklapanov detsellyulyarizovannyh (المزروع وطعم أجنبي) في حيوانات التجارب (الكلاب والخنازير) أن هناك نشوب الجزئي وتبطنن myofibroblasts المتلقي في الأساس، لا توجد مؤشرات على التكلس. ولاحظ وضوحا تسلل التهابات. ومع ذلك، فشل في وقت مبكر وضعت في التجارب السريرية detsellyulyarizovannogo SynerGraftTM صمام. تم تحديد مصفوفة أعربت bioprosthesis تفاعل التهابي، الذي كان في البداية غير محددة ورافقه رد فعل لمفاوي. تم تطوير الخلل الوظيفي و انحطاط المثانة الحيوية في غضون عام واحد. تحقق مصفوفة وخلايا يكن لوحظ، ومع ذلك، تم العثور على تكلس منشورات وخلية سابق للانغراس الحطام.

وأظهرت الخلايا البطانية مصفوفة المصنفة ديكي ومثقف في في المختبر وفي ظروف فيفو شكلت طبقة متماسكة على سطح اللوحات، وخلايا الخلالية تلقيح الهيكل الأصلي قدرتها على التمايز. ومع ذلك، من أجل تحقيق مستوى الفسيولوجية المطلوب من الاستعمار في خلايا مصفوفة فشلت في ظروف ديناميكية من مفاعل حيوي، وكانت مصحوبة صمامات القلب الاصطناعية التي تقيمها بسرعة كافية (ثلاثة أشهر) سماكة بسبب تكاثر الخلايا السريع وتشكيل مصفوفة خارج الخلية. وهكذا، في هذه المرحلة استخدام المصفوفات اخلوي المانحة للاستعمار من قبل الخلايا لديها عدد من المشاكل التي لم تحل بينهم 8 الطبيعة المناعية والمعدية التي تصيب bioprostheses detsellyulyarizovannymi العمل لا يزال مستمرا.

وتجدر الإشارة إلى أن الكولاجين هو أيضًا أحد المواد البيولوجية المحتملة لتصنيع المصفوفات القادرة على التحلل البيولوجي. ويمكن استخدامه في شكل رغوة أو هلام أو ألواح ، والإسفنج ، وكملف على أساس الألياف. ومع ذلك ، يرتبط استخدام الكولاجين مع عدد من الصعوبات التكنولوجية. على وجه الخصوص ، من الصعب الحصول عليه من المريض. لذلك ، في الوقت الحاضر ، معظم مصفوفات الكولاجين هي من أصل حيواني. يمكن أن يتسبب التحلل البيولوجي المتأخر للكولاجين في زيادة خطر الإصابة بالأمراض الحيوانية المنشأ ، مما يؤدي إلى استجابات مناعية واستفزازية.

الفيبرين هو مادة بيولوجية أخرى لها خصائص التحكم في التحلل البيولوجي. بما أن الليفين يمكن أن يصنع من دم المريض من أجل التصنيع اللاحق لمصفوفة ذاتية ، فإن زرع مثل هذا الهيكل لن يتسبب في تدهوره السام واستجابته الالتهابية. ومع ذلك ، فإن الفيبرين لديه مثل هذه العوائق مثل الانتشار والترشح في البيئة والخصائص الميكانيكية المنخفضة.

[14], [15], [16], [17], [18], [19], [20]

صمامات اصطناعية للقلب مصنوعة من مواد اصطناعية

تصنع صمامات القلب الاصطناعية أيضا من المواد الاصطناعية. واستندت عدة محاولات لتصنيع الصمامات المصفوفات على استخدام polyglactin، حمض polyglycolic (PGA)، وحمض polilakticheskoy (PLA)، وهي مجموعة من البوليمرات من PGA وجيش التحرير الشعبى الصينى (PLGA) وpolyhydroxyalkanoates (فا). يمكن الحصول على المواد الاصطناعية المسامية للغاية من الألياف المنسوجة أو غير المنسوجة واستخدام تكنولوجيا الترشيح بالملح. اعدة المواد المركبة (PGA / R4NV) لتصنيع المصفوفات مستمدة من حلقات غير المنسوجة حمض polyglycolic (PGA)، المغلفة مع بولي-4-هيدروكسي (R4NV). يتم تعقيم صمامات القلب الاصطناعية المصنعة من هذه المادة باستخدام أكسيد الإيثيلين. ومع ذلك، فإن صلابة الأولية الهامة وسمك الحلقات من هذه البوليمرات، ويرافق تدهورها السريع وغير المنضبط من قبل الافراج عن المنتجات السامة للخلايا الحمضية، تتطلب مزيدا من التحقيق والبحث عن غيرها من المواد.

باستخدام ذاتي زراعة الأنسجة لوحات myofibroblasts مثقف على إطار لتشكيل مصفوفة الدعم من خلال تحفيز إنتاج هذه الخلايا أسفرت العينات مع صمامات النشطة خلايا قابلة للحياة محاطة المصفوفة خارج الخلية. ومع ذلك ، فإن الخواص الميكانيكية لأنسجة هذه الصمامات ليست كافية لزراعتها.

لا يمكن تحقيق المستوى اللازم لانتشار وتجديد نسيج الصمام الذي تم إنشاؤه من خلال الجمع بين الخلايا والمصفوفة فقط. يمكن تنظيم أو تحفيز التعبير عن الجين الخلوي وتشكيل الأنسجة عن طريق إضافة عوامل النمو ، أو السيتوكينات أو الهرمونات ، أو عوامل التجانس أو عوامل الالتصاق في المصفوفات والمصفوفات. تجري دراسة إمكانية إدخال هذه الهيئات التنظيمية في المواد الحيوية للمصفوفة. بشكل عام ، هناك نقص كبير في البحث على تنظيم عملية تشكيل صمام الأنسجة بواسطة المحفزات البيوكيميائية.

ديكي الخنازير مغاير مصفوفة P bioprosthesis الرئوية تشمل النسيج detsellyulyarizovannoy يعامل بها على براءة اختراع AutoTissue GmbH لإجراء خاص يتألف من العلاج بالمضادات الحيوية، deoxycholate الصوديوم والكحول وهذه الطريقة المعالجة من قبل المنظمة الدولية المعتمدة للتوحيد القياسي، ويزيل كل الخلايا الحية وهيكل postkletochnye (الخلايا الليفية والخلايا البطانية، البكتيريا والفيروسات والفطريات، الميكوبلازما) تحتفظ بنية المصفوفة خارج الخلية، فإنه يقلل من مستوى الحمض النووي والحمض النووي الريبي في الأنسجة إلى قطرة أمبير، مما يقلل إلى الصفر احتمال انتقال الخنازير شخص الارتجاعي الذاتية (PERV). تتكون المصفوفة P bioprosthesis حصرا من الكولاجين والإيلاستين مع التكامل الهيكلي الحفاظ عليها.

خلال التجارب على الأغنام وسجلت رد فعل الحد الأدنى من الأنسجة المحيطة بها في 11 شهرا بعد غرس P مصفوفة bioprosthesis مع الأداء الجيد للبقاء على قيد الحياة، والتي، على وجه الخصوص، والذي تجلى في سطحها الداخلي لامعة من البطانة. في الواقع ، لم تكن هناك ردود فعل للالتهابات ، وتكثيف وتقزم اللوحات صمام. تم تسجيل مستوى منخفض من الكالسيوم في نسيج المصفوفات الحيوية P Matrix P ، وكان الفرق ذو دلالة إحصائية مقارنة مع غلوتارالدهيد المعالج.

يتم تكييفها المصفوفة P صمامات القلب الاصطناعية لظروف المريض الفردية لبضعة أشهر بعد الزرع. في الدراسة في نهاية الفترة المرجعية كشفت مصفوفة واستنزاف خارج الخلية سليمة البطانة. Xenografts مصفوفة R مزروع في خطوة يقوم روس في 50 المرضى الذين يعانون من عيوب خلقية في الفترة 2002-2004، أظهرت الأداء المتفوق وانخفاض تدرجات الضغط transvalvular مقارنة مع bioprostheses cryopreserved وdetsellyulyarizovannymi المزروع SynerGraftMT، وبدون إطار تعامل مع غلوتارالدهيد. المصفوفة P صمامات اصطناعية القلب الرئوي لاستبدال صمام الشريان خلال إعادة بناء الصحيح المسالك تدفق البطين في جراحة الخلقية والعيوب المكتسبة وبدلة صمام رئوي في إجراء روس، تتوفر في أربعة أحجام (القطر الداخلي): الرضع (15-17 ملم ) الأطفال (18-21 ملم) والمتوسط (22-24 ملم) والكبار (25-28 ملم).

سوف تقدم في تطوير الصمامات على أساس هندسة الأنسجة تعتمد على نجاح بيولوجيا الخلية صمام (بما في ذلك قضايا التعبير الجيني والتنظيم)، ودراسة تخلقي وعمر صمامات (بما في ذلك العوامل عائية وعصبية)، والمعرفة الدقيقة للالميكانيكا الحيوية من كل صمام، وتحديد كاف لتسوية الخلايا تطوير المصفوفات الأمثل. لمزيد من تطوير المزيد من صمامات الأنسجة المتقدمة، فهم كامل للعلاقة بين الخصائص الميكانيكية والهيكلية للصمام الأصلي والحوافز (بيولوجية أو الميكانيكية) لإعادة هذه الخصائص في المختبر.

[21], [22], [23], [24], [25]