Биологи представили искусственные сердечные клапаны, которые могут расти вместе с сердцем. Такие имплантаты необходимы детям с пороками сердца: сейчас растущим пациентам приходится раз за разом переносить операции по замене клапанов. Ученые успешно протестировали имплантаты, полученные с помощью тканевой инженерии, на растущих ягнятах.

Работа опубликована в Science Translational Medicine.

Взрослым пациентам с нарушениями работы сердечных клапанов доступны механические имплантаты из различных материалов, операция по установке которых – достаточно рутинная процедура. Для детей с подобными пороками сердца доступны только искусственные клапаны из зафиксированных тканей животных, которые твердеют со временем и из-за этого теряют свою функциональность.

Но это не единственная проблема – дети растут, увеличиваются в размерах их сердца, а искусственные клапаны вырасти не могут. В результате пациентам приходится регулярно проходить инвазивную операцию по замене клапана – от одного до пяти раз (а иногда и больше).

Команда биологов под руководством Роберта Транкилло (Robert Tranquillo) из Миннесотского университета уже не первый год ведет разработку новых сердечных клапанов, которые бы подстраивались под растущий детский организм.

Для получения материала для клапанов исследователи предлагают выращивать в лабораторных условиях из фибробластов ткани, которые образовывают внеклеточный матрикс – сеть коллагеновых волокон. Клетки с этого каркаса можно смыть, а из оставшегося матрикса «сшить» основу для имплантата. Дальше в игру вступают регенеративные способности организма, который получает имплантат: клетки реципиента заселяют каркас и образуют новую функциональную ткань.

Ранее ученые уже испытывали сердечные клапаны из такого материала на ягнятах, но, судя по результатам работы, тогда они просчитались с формой клапанов: в период между 12 и 22 неделями испытаний имплантаты не выдерживали нагрузки.

Теперь группа Транкилло пересмотрела дизайн искусственного клапана. Вместо «трубки-в-трубке» биологи сшили вместе три коллагеновых трубки диаметром в 16 миллиметров. И визуально, и согласно результатам компьютерного моделирования новая конструкция обещала быть прочнее.

Схема сборки искусственного клапана из трех трубок (А). Клапан нового дизайна (С) и старого, «трубка-в-трубке» (D). Штрихами обозначены отдельные трубки, черным обведены швы на месте соединения трубок. / Zeeshan H. Syedain et al. / Science Translational Medicine, 2021

Кроме того, конструкцию представили в двух вариантах: во втором добавили еще один коллагеновый слой, рукав вокруг клапана.

Первый вариант искусственного клапана имплантировали четырем ягнятам в возрасте четырех месяцев. У двух животных размер клапана слишком сильно увеличился и потерял в функциональности к 4 и 12 неделе испытания, и еще спустя 8 недель эти имплантаты пришлось удалить. Еще два клапана хорошо проработали до 28 и 52 недели, соответственно, но затем их диаметр также чрезмерно увеличился. Во всех случаях следствием такого избыточного роста стал сильный заброс крови из легочного ствола обратно в правый желудочек сердца.

Второй вариант имплантата установили трем ягнятам в возрасте трех с половиной месяцев. Через 52 недели имплантаты удалили не из-за возникших проблем, а по плану исследования: обратный ток крови был легким или средним у всех трех животных. За это время диаметр клапанов увеличился с 19 до 25 миллиметров вслед за ростом самих ягнят.

Несмотря на небольшой размер выборки, результат испытания второго варианта имплантата вселяет в исследователей оптимизм: выживаемость животных заметно улучшилась. Кроме того, клапаны, представленные учеными, оказались устойчивыми к затвердению. Для сравнения, в рамках этого же исследования одному ягненку поставили один из доступных на данный момент в педиатрии имплантатов, и он умер уже на 11 неделе из-за затвердевшего клапана и тромбоза.