Новое исследование раскрывает метод 3D-печати, позволяющий создавать сердечные клапаны за считанные минуты

Сара Мотта и Кристоф Шантр

Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и политикой. Вы можете отказаться от подписки в любое время.

Исследователи Гарвардского университета разработали синтетический сердечный клапан, который можно изготовить менее чем за 10 минут с помощью 3D-печати. Они протестировали прототип на овцах, которые успешно регулировали кровоток в течение часа.

Когда сердечные клапаны повреждаются или перестают нормально функционировать из-за заболевания, поток крови в организме нарушается. Это может в дальнейшем привести к таким проблемам, как инсульт, аритмия и сердечная недостаточность.

Поэтому врачи заменяют поврежденные сердечные клапаны синтетическими. Ежегодно в США более 100 000 человек подвергаются операции на сердечном клапане.

Такие операции являются дорогостоящими; в настоящее время производство синтетических клапанов занимает месяцы. Исследователи утверждают, что их клапан, напечатанный на 3D-принтере, может решить обе эти проблемы.

Кроме того, он может переделывать себя. Таким образом, это может принести пользу пациентам (особенно детям с детскими заболеваниями клапанов), которым необходимо пройти повторные операции на клапанах, поскольку размер их сердца меняется с возрастом.

Сара Мотта, Майкл Питерс и Кристоф Шантр

Предлагаемый синтетический клапан состоит из сетчатой ​​сети нановолокон, которая ведет себя как внеклеточный матрикс, поддерживая рост естественных сердечных клапанов внутри нашего тела.

Изготовление этих нановолокон осуществляется с помощью целенаправленного ротационного струйного прядения (FRJS), технологии аддитивного производства, которая позволяет быстро создавать каркасы из микро- или нановолокон с регулируемым выравниванием в 3D.

Исследователи сначала создали каркас в форме сердечного клапана, а затем использовали воздушные струи, чтобы протолкнуть в него жидкий полимер. Это привело к созданию безупречной сети из нановолокон — полученный клапан имеет пористый каркас, куда клетки могут приходить и расти.

Кит Паркер, старший автор исследования и профессор биоинженерии в Гарварде, далее пояснил: «Клетки действуют на нанометровом уровне, и 3D-печать не может достичь этого уровня, но сфокусированное вращательное вращение струи может дать пространственные сигналы нанометрового масштаба». там, так что, когда клетки заползают в этот каркас, они чувствуют себя так, будто находятся в сердечном клапане, а не в синтетическом каркасе».

Исследователи утверждают, что в отличие от существующих в настоящее время технологий, производство которых может занять недели или месяцы, они могут раскрутить полностью синтетический клапан менее чем за 10 минут, используя вышеупомянутый метод.

Более того, такие клапаны могут принести пользу детям, страдающим заболеваниями сердечных клапанов и нуждающимся в повторных операциях на разных этапах жизни.

«К сожалению, нынешние замены сердечного клапана не растут вместе с ребенком. Наши клапаны производятся с использованием биоразлагаемых полимерных волокон, которые позволяют клеткам пациента прикрепляться и реконструировать имплантированный каркас, в конечном итоге создавая собственный клапан, который может расти и жить с ребенком на протяжении всего периода его жизни. их жизнь», — отмечают исследователи.

Синтетические сердечные клапаны известны своей долговечностью и способностью проводить пациентов через миллиарды циклов сердцебиения. Исследователи провели серию экспериментов, чтобы проверить, сможет ли их клапан на основе FRJS функционировать наравне с существующими решениями.

Сначала они проверили клапан с помощью дубликатора импульсов (симулятора сердцебиения). За время эксперимента клапан успешно открывался, закрывался, изменял и сохранял свою форму несколько раз.

Затем они культивировали сердечные клетки на клапане, чтобы проверить, безопасен ли материал каркаса для стимулирования роста клеток. Кроме того, «клапаны находятся в прямом контакте с кровью, поэтому нам необходимо убедиться, что материал не вызывает тромбоза или закупорки кровеносных сосудов», — сказала Сара Мотта, первый автор и ученый-переводчик из Цюрихского университета.

После испытаний клапанов на эластичность, прочность и безопасность исследователи захотели проверить, работает ли прототип клапана на млекопитающих.

Исследование предполагает, что сердце овцы похоже на сердце человека, а его клапаны постоянно находятся под давлением из-за агрессивного метаболизма кальция в организме, поэтому авторы решили использовать модели овец.