В отличие от сердечных заболеваний у взрослых, которые, как правило, развиваются со временем, педиатрические сердечные дефекты чаще всего присутствуют при рождении. По данным Национального института сердца, легких и крови, они являются, по сути, наиболее распространенным врожденным дефектом, затрагивающим восемь из каждых 1000 новорожденных или более 35 000 детей в год в Соединенных Штатах.
К ним относятся простые проблемы, которые либо не нуждаются в лечении, либо могут быть легко восстановлены, а также более сложные структурные, которые часто требуют нескольких операций, начиная с рождения.
Это последние детские проблемы с сердцем, которые занимают Джеффри Жако, доцент биоинженерии в Университете Райса и Детской больнице Техаса. Ученый, финансируемый Национальным научным фондом (NSF), разрабатывает новые подходы к тканевой инженерии с целью сделать операцию на грудной клетке менее инвазивной, возможно, даже ненужной.
Жако не врач, а работает вместе с хирургами и другими специалистами здравоохранения для создания новых новых методов лечения для молодых пациентов с сердечными заболеваниями.
Один из аспектов исследования Жако предполагает использование стволовых клеток из собственной амниотической жидкости у младенца для создания естественной сердечной ткани, которая, как он надеется, значительно улучшит синтетические пятна, используемые в настоящее время при восстановлении сердца. «Наша цель – уметь выращивать такую ткань в лаборатории, которая может реструктурировать геометрию сердца», – говорит он. «Мы надеемся, что это может заменить последующие операции и привести к долгосрочным хорошим результатам и, возможно, к полному излечению».
Искусственные пятна должны быть заменены, когда ребенок растет, тогда как в случае успеха биоинженерная ткань «будет расти вместе с пациентом и быть функциональной тканью, а не только куском пластика в сердце», – говорит Жако. «Не будет проблемы с отклонением, так как это амниотическая жидкость у младенца, и не будет необходимости в последующих операциях».
Амниотическая жидкость – это защитная жидкость, которая окружает плод во время беременности, и исследования уже показали, что это богатый природный источник стволовых клеток. Стволовые клетки обладают способностью развиваться во множество различных типов клеток в организме, а также служат внутренней системой ремонта, делящей по существу без ограничений на пополнение других клеток.
Когда стволовая клетка делятся, каждая новая клетка может либо оставаться стволовыми клетками, либо стать еще одним типом клетки с более специализированной функцией, например мышечной клеткой, эритроцитом, клеткой мозга или, в этом случае, сердечной клетки.
В настоящее время Жако фокусируется на том, как выращивать эти клетки и восстанавливать их, и уже смог выделить стволовые клетки из амниотической жидкости человека. Надежда состоит в том, что эти клетки будут иметь больше потенциала, чем взрослые стволовые клетки, чтобы дифференцироваться в более конкретные типы клеток, таких как клетки сердца.
«Это связано с добавлением правильных факторов роста в нужное время, для включения выражения конкретных белков и факторов транскрипции, которые будут включать выражение других генов», – объясняет он. «Мы пытаемся выяснить, какие популяции клеток находятся в этой амниотической жидкости, и какие из них лучше реагировать на эти факторы роста и могут стать сердечными клетками».
Исследователи также изучают кровеносные сосуды, которые проходят через сердце, «зная, что любой патч, который мы делаем, должен иметь кровоснабжение», и уже создали эндотелиальные клетки-клетки, которые выстраивают кровеносные сосуды, из тех же стволовых клеток, изолированных от амниотической жидкость.
«Таким образом, по сути, вы принимаете одни и те же ячейки и используете их в двух разных целях», – говорит он. «Оба будут заниматься сердечными тканями сердца, но мы превращаем их в разные типы клеток».
Его работа эндотелиальных клеток была опубликована в июне прошлого года в Tissue Engineering.
Джакот проводит свои исследования в рамках премии за раннее развитие карьеры NSF (CAREER), которую он получил в 2011 году. Награда поддерживает младшие преподаватели, которые иллюстрируют роль преподавателей-преподавателей благодаря выдающимся исследованиям, отличному образованию и интеграции образования и исследований в рамках контекст миссии их организации. NSF финансирует свою работу примерно за 450 000 долларов США в течение пяти лет.
Есть как минимум два сложных педиатрических дефекта сердца, которые потенциально могут извлечь пользу из его работы.
Люди рождаются с четырехкамерным сердцем, который включает в себя два желудочка, один справа и один слева. Правая сторона сердца накачивает кровь в легкие, чтобы забрать кислород. Левая часть сердца получает богатую кислородом кровь из легких и накачивает ее в тело.
«Каждый год около 1000 младенцев рождаются с одним желудочком; либо они не разделяются, либо не развиваются », – говорит Жако. «Младенец не может выжить с этим условием. Очень скоро после рождения сосуды, которые соединяют легкие с остальной частью тела, закрываются, поэтому после родов должна быть операция очень быстро ».
Другой часто встречающийся дефект, наиболее распространенный сложный педиатрический дефект сердца, называется тетралогией Фаллота, сочетанием нескольких структурных нарушений, которые приводят к недостаточному кровоснабжению легких и, как следствие, к плохому кровообращению крови к остальной части тела. Это происходит почти в четырех из каждых 10 000 живорождений, согласно Центрам по контролю и профилактике заболеваний.
Оба условия могут потребовать нескольких операций, поскольку дети растут. Даже с операциями, молодые люди «будут иметь гораздо более ограниченную функцию и намного более высокий шанс сердечной недостаточности», – говорит Жако. «Их деятельность должна быть ограничена. Единственное полное излечение теперь состоит в том, чтобы сделать трансплантацию, и педиатрические органы несколько скудны ».
Жако считает, что с помощью методов биоинженерии можно будет использовать собственную ткань пациента, выращенную из стволовых клеток, для использованных пластиковых пятен и, возможно, в случае ребенка, родившегося только с одним желудочком, построить дополнительный желудочек из материал “, который нельзя сделать сейчас”.
В настоящее время, в последнем случае, «хирурги будут выполнять один ремонт желудочков, позволяя ему доставлять кровь как в легкие, так и в остальную часть тела», – говорит он. «У этого есть хороший шанс успеха, но он становится неадекватным приблизительно через год. Этого недостаточно для удовлетворения потребностей растущего ребенка, поэтому им нужно вернуться и сделать вторую операцию, и после этого последующие операции ».
Многие такие дефекты сердца могут быть обнаружены с помощью обычного ультразвука во время второго триместра. После обнаружения дефекта врачи обычно проводят амниоцентез, где собирают амниотическую жидкость для дальнейшего обследования, для поиска конкретных связанных генетических аномалий.
«Это дает нам уникальную возможность создать лабораторные ткани из клеток, которые мы получаем из амниотической жидкости во время обнаружения дефекта», – говорит Жако. «Таким образом, ячейки будут доступны, и получение их не будет представлять никакого дополнительного риска. Затем у нас будут месяцы времени, чтобы расширить эти клетки в лаборатории, сделать их в правильные клетки для ткани сердца и вырастить их, чтобы к моменту рождения младенца существовал кусочек сердечной ткани, генетически подобранный что младенец.
Тогда у хирургов будет кусочек собственной ткани ребенка, который будет использоваться при структурном восстановлении сердца. «Мы считаем, что есть очень хорошие шансы на то, что такие методы лечения преуспеют», – говорит он. «Сейчас все объединяется с точки зрения понимания того, как растут эти клетки, и как развивается ткань сердца».