Сердечные клапаны, изготовленные за считанные минуты, контролируют кровоток сразу после имплантации овцам

7 июня 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

от Cell Press

Исследователи разработали метод дешевого изготовления сердечных клапанов за считанные минуты, которые становятся функциональными сразу после имплантации овцам. Ученые называют свой метод «Фокусированное вращательное струйное вращение», который они описывают как «машину для производства сладкой ваты с феном позади нее». Хотя для проверки выносливости клапанов необходимы долгосрочные исследования in vivo, они эффективно контролировали кровоток в течение часа у овец. Прототип появится 7 июня в журнале Matter.

«Два больших преимущества нашего метода — это скорость и пространственная точность», — говорит биоинженер Майкл Питерс из Гарвардского университета, один из первых авторов исследования. «Мы можем создать очень маленькие волокна – в наномасштабе – которые имитируют внеклеточный матрикс, внутри которого привыкли жить и расти клетки сердечного клапана, и мы можем раскручивать полные клапаны за считанные минуты, в отличие от доступных в настоящее время технологий, которые могут занять недели или месяцы, чтобы сделать».

Клапаны легочного сердца состоят из трех частично перекрывающихся створок, которые открываются и закрываются при каждом ударе сердца. Они отвечают за контроль одностороннего кровотока через сердце; с каждым ударом они полностью открываются, позволяя крови течь вперед, а затем полностью закрываются, чтобы предотвратить ток крови назад.

Для изготовления клапанов исследователи используют воздушные струи, которые направляют жидкий полимер на клапанообразный каркас, в результате чего получается бесшовная сеть из крошечных волокон. Клапаны спроектированы так, чтобы быть временными и регенеративными: они обеспечивают пористый каркас для клеток, которые могут проникать, наращиваться и в конечном итоге заменяться по мере биоразложения полимера.

«Клетки действуют на уровне нанометров, и 3D-печать не может достичь этого уровня, но сфокусированное вращательное вращение струи может поместить туда пространственные сигналы нанометрового масштаба, так что, когда клетки заползают на этот каркас, они чувствуют себя так, как будто они в сердечном клапане, а не в синтетическом каркасе», — говорит старший автор и биоинженер Кит Паркер из Гарвардского университета. «Здесь есть определенная хитрость».

Команда проверила прочность, эластичность и способность клапанов многократно открываться и закрываться с помощью дубликатора импульсов — машины, имитирующей сердцебиение.

«Нормальный сердечный клапан функционирует в течение миллиардов циклов на протяжении всей жизни, поэтому его постоянно растягивают, растягивают и стимулируют», — говорит Питерс. «Они должны быть очень эластичными и сохранять свою форму, несмотря на механические воздействия, а также быть достаточно прочными, чтобы выдерживать противодавление крови, пытающейся течь назад».