Изготовить сердечный клапан за несколько минут

Изготовить сердечный клапан за несколько минут

20 Jul 2023
79

Ученые из Гарвардского университета в США разработали методику, позволяющую создавать сердечные клапаны из биоматериалов за считанные минуты. Подход, названный "сфокусированным вращательным реактивным прядением" (Focused Rotary Jet Spinning), исследователи описали как "аппарат с феном для производства ваты". По сути, метод предполагает использование струй воздуха для направления полимерных нитей на каркас в форме сердечного клапана. В результате образуется пористая матрица (скаффолд), которая позволяет сердечным клеткам проникать внутрь и расти. Сформированные конструкции также обладают механическими свойствами, позволяющими им функционировать в качестве одностороннего клапана в сердце. Скаффолды содержат наноразмерные элементы, которые побуждают клетки проникать внутрь и размножаться, а конечная цель состоит в том, чтобы биоматериал скаффолда постепенно замещался клетками, что в конечном итоге приведет к регенерации сердечного клапана.

Информация об том исследовании была опубликована в журнале Matter.

Регенеративная медицина развивается, и ее конечная цель — заменить больные, поврежденные или отсутствующие части тела. Для достижения этой цели ученые все больше совершенствуются в использовании биоматериалов, которые могут поддерживать живые клетки и потенциально превращаться в сложные ткани, если их биохимические и механические свойства соответствуют требованиям. Однако дьявол кроется в деталях, и разработка материалов, способных удовлетворить потребности клеток, которые изучают и реагируют на свой мир на наноуровне, является сложной задачей.

Если говорить о сложных тканях, то клапаны сердца, безусловно, подходят под это определение. Эти структуры состоят из трех перекрывающихся створок, которые предотвращают обратный ток крови. Однако новая технология позволила ученым создать прокси-клапан всего за несколько минут таким образом, чтобы стимулировать проникновение клеток в каркас. По словам одного из руководителей исследовательской группы Кита Паркера,

Клетки действуют на нанометровом уровне, и 3D-печать не может достичь такого уровня, но сфокусированное вращение струи может создать такие пространственные элементы. Так что когда клетки проникают в этот скаффолд, они чувствуют, что находятся в сердечном клапане, а не в синтетическом каркасе.

Этот подход также позволяет ученым создавать клапаны за считанные минуты, что гораздо быстрее, чем при помощи традиционно используемых методов.

Как заявил Майкл Питерс, другой ученый, участвовавший в исследовании,

Два больших преимущества нашего метода — это скорость и пространственная точность. Мы можем создавать действительно маленькие волокна — в наномасштабе — которые имитируют внеклеточный матрикс, в котором привыкли жить и расти клетки сердечного клапан. Причем мы можем создавать полноценные клапаны за несколько минут, в отличие от существующих в настоящее время технологий, при использовании которых на изготовление подобных биоматериалов могут уходить недели или месяцы.

На данный момент ученые уже испытали свою технологию, имплантировав клапаны овцам. В этом предварительном исследовании, которое длилось всего один час, клапаны успешно контролировали кровоток в сердце, не вызывали разрывов или образования тромбов и обеспечивали проникновение близлежащих клеток.