Кропотливая работа по созданию биосовместимого патча для лечения новорожденных сердец оплачивается в Университете Райса и Детской больнице Техаса.
Доказательство находится в чашке Петри в лаборатории Джеффри Жако, где небольшая плита студенистого материала бьет ритмом живого сердца.
Джейко, ведущий автор Seokwon Pok, постдокторский исследователь Райс, и их коллеги по тканевой инженерии опубликовали результаты многолетних усилий по созданию материала, называемого биоскладкой, который может быть зашит в сердца младенцев, страдающих врожденными дефектами. Леса, засеянные живыми клетками сердца, предназначены для поддержки роста здоровой новой ткани. Со временем это ухудшится и оставит отрешенное сердце.
Исследование было подробно описано в журнале Elsevier Acta Biomaterialia.
Патчи, используемые сейчас для исправления врожденных пороков сердца, сделаны из синтетических тканей или взяты у коров или из собственного тела пациента. Около одного из 125 младенцев, родившихся в Соединенных Штатах, страдают от такого дефекта; от трех до шести из каждых 10 000 имеют так называемый дефект, называемый Tetralogy of Fallot, причиной «синдрома синего ребенка», который требует хирургического размещения патча по прямому всасывающему тракту сердца.
Существующие стратегии хорошо работают, пока исправления, которые не растут вместе с пациентом, должны быть заменены, сказал Жако, доцент биоинженерии в Университете Райс, директор детской кардиологической лаборатории биохирургии в отделении врожденной кардиологической хирургии в Техасской детской больнице и адъюнкт-профессор Медицинского колледжа Бейлора.
«Ни один из этих пятен не жив», – сказал Жако, в том числе биологически полученные пятна, которые «больше похожи на пластик» и не включены в сердечную ткань.
«Они находятся в мышечной области в сердце, которая важна для сокращения и, более того, для электропроводности», – сказал он. «Электрические сигналы должны обходить эту область мертвой ткани. И наличие мертвой ткани означает, что сердце производит меньше силы, поэтому неудивительно, что дети с этими типами ремонта более подвержены риску развития сердечной недостаточности, аритмий и фибрилляции.
«То, что мы делаем, может заменить текущие исправления в операции, с которой хирурги уже знакомы, и которая имеет очень высокий краткосрочный и среднесрочный уровень успеха, но с долгосрочными осложнениями», – сказал он.
Лучший эшафот должен был бы выполнять множество функций отлично. Он должен быть достаточно сильным, чтобы противостоять давлению, подаваемому сердцем биения, но достаточно гибким, чтобы расширяться и сокращаться; достаточно пористая, чтобы позволить новым клеткам сердца мигрировать, устанавливать соединения и выделять их собственные естественные леса для замены патча; и достаточно жесткие, чтобы обрабатывать швы, но все же быть способными к биодеградации за правильное количество времени для естественной ткани, чтобы взять верх.
Сэндвич, созданный исследователями, кажется, заполняет счет по всем пунктам. В середине находится самоорганизованный полимер поликапролактона (PCL), который затвердевает в жесткую, но растягиваемую ленту. Смешивание двух типов PCL с разным молекулярным весом позволяет создавать крошечные поры вдоль шероховатой поверхности. «Хлеб» – это гидрогель, изготовленный из смеси желатина и хитозана 50/50, широко используемого материала, изготовленного из раковин ракообразных, таких как креветки.
Сердечные клетки, культивируемые на поверхности гидрогеля, смогли развить и сформировать сети и в конечном итоге победить. Хотя клетки не могли прикрепляться к поверхности или проходить через поры PCL, поры позволяют мигрировать питательные вещества с одной стороны на другую, сказал Жако. Они также позволяют гидрогелю держаться за ядро PCL.
Лаборатория проверила биоразлагаемые качества PCL и обнаружила, что в течение более 50 дней примерно 15 процентов диспергировали, оставляя оборванный лист. «Он деградирует в воде», – сказал Жако. «Если он находится в теле, он будет деградировать, но в течение нескольких месяцев он будет очень медленным.
«Он должен быть стабильным достаточно долго, чтобы он позволял мышечной ткани наращивать и принимать механический процесс. Мы хотим, чтобы патч можно было наложить на шов, чтобы мгновенно справляться с давлением в желудочке. Но если мы посмотрим на это позже, мы хотим, чтобы это выглядело как нормальная ткань », – сказал он.
Годы тестирования ждут исследователей до того, как начнутся испытания на людях, но Жако и его команда уже ищут возможности, которые может предложить их успех. Они надеются найти способ смешать клетки клетки, полученные из стволовых клеток, от пациента в гидрогель в начале процесса; стволовые клетки могут быть взяты из нескольких возможных источников, включая амниотическую жидкость, обычно выведенную из матери новорожденного, предметом постоянного исследования лаборатории Жако. Клетки сделают патч, генетически идентичный ребенку, который может быть имплантирован вскоре после рождения.
«Если мы сможем сделать патч, который работает немедленно, – сказал Жако, – тот, который сжимает и ведет, имеет живые клетки и растет вместе с пациентом, какие другие операции мы можем сделать, что теперь никто не может сделать?»