^

Zdravlje

Umjetni srčani zalisci

, Medicinski urednik
Posljednji pregledao: 04.07.2025
Fact-checked
х

Svi iLive sadržaji medicinski se pregledavaju ili provjeravaju kako bi se osigurala što je moguće točnija činjenica.

Imamo stroge smjernice za pronalaženje izvora i samo povezujemo s uglednim medijskim stranicama, akademskim istraživačkim institucijama i, kad god je to moguće, medicinski pregledanim studijama. Imajte na umu da su brojevi u zagradama ([1], [2], itd.) Poveznice koje se mogu kliknuti na ove studije.

Ako smatrate da je bilo koji od naših sadržaja netočan, zastario ili na neki drugi način upitan, odaberite ga i pritisnite Ctrl + Enter.

Moderni biološki umjetni srčani zalisci dostupni za kliničku upotrebu, s izuzetkom plućnog autografta, neodržive su strukture kojima nedostaje potencijal za rast i popravak tkiva. To nameće značajna ograničenja njihovoj upotrebi, posebno kod djece, za korekciju patologije zalistaka. Inženjerstvo tkiva razvilo se u posljednjih 15 godina. Cilj ovog znanstvenog smjera je stvaranje u umjetnim uvjetima struktura poput umjetnih srčanih zalistaka s tromborezistentnom površinom i održivim intersticijem.

trusted-source[ 1 ], [ 2 ]

Kako se razvijaju umjetni srčani zalisci?

Znanstveni koncept tkivnog inženjerstva temelji se na ideji naseljavanja i uzgoja živih stanica (fibroblasta, matičnih stanica itd.) u sintetičkoj ili prirodnoj apsorbirajućoj skeli (matrici), koja je trodimenzionalna struktura ventila, kao i na korištenju signala koji reguliraju ekspresiju gena, organizaciju i produktivnost transplantiranih stanica tijekom razdoblja formiranja izvanstanične matrice.

Takvi umjetni srčani zalisci integriraju se s tkivom pacijenta radi konačne obnove i daljnjeg održavanja njihove strukture i funkcije. U tom slučaju, na izvornoj matrici se formira novi kolageno-elastinski okvir ili, točnije, izvanstanična matrica kao rezultat funkcioniranja stanica (fibroblasta, miofibroblasta itd.). Kao rezultat toga, optimalni umjetni srčani zalisci stvoreni tkivnim inženjerstvom trebali bi biti bliski izvornima u smislu anatomske strukture i funkcije, a također imati biomehaničku prilagodljivost, sposobnost reparacije i rasta.

Inženjerstvo tkiva razvija umjetne srčane zaliske koristeći različite izvore prikupljanja stanica. Stoga se mogu koristiti ksenogene ili alogene stanice, iako su prve povezane s rizikom prijenosa zoonoza na ljude. Moguće je smanjiti antigenost i spriječiti reakcije odbacivanja tijela genetskom modifikacijom alogenih stanica. Inženjerstvo tkiva zahtijeva pouzdan izvor stanica. Takav izvor su autogene stanice uzete izravno od pacijenta i ne proizvode imunološke reakcije tijekom reimplantacije. Učinkoviti umjetni srčani zalisci proizvode se na temelju autolognih stanica dobivenih iz krvnih žila (arterija i vena). Razvijena je metoda temeljena na korištenju fluorescentno aktiviranog sortiranja stanica - FACS za dobivanje čistih staničnih kultura. Mješovita stanična populacija dobivena iz krvne žile označena je acetiliranim markerom lipoproteina niske gustoće, koji se selektivno apsorbira na površini endoteliocita. Endolne stanice se zatim mogu lako odvojiti od većine stanica dobivenih iz žila, koje će biti mješavina stanica glatkih mišića, miofibroblasta i fibroblasta. Izvor stanica, bilo da se radi o arteriji ili veni, utjecat će na svojstva konačnog konstrukta. Stoga su umjetni srčani zalisci s matricom zasijanom venskim stanicama superiorniji u stvaranju kolagena i mehaničkoj stabilnosti u odnosu na konstrukte zasijane arterijskim stanicama. Čini se da je izbor perifernih vena prikladniji izvor prikupljanja stanica.

Miofibroblasti se također mogu uzeti iz karotidnih arterija. Međutim, stanice izvedene iz krvnih žila imaju značajno drugačije karakteristike od prirodnih intersticijskih stanica. Autologne stanice pupkovine mogu se koristiti kao alternativni izvor stanica.

Umjetni srčani zalisci na bazi matičnih stanica

Posljednjih godina, napredak u tkivnom inženjerstvu olakšan je istraživanjem matičnih stanica. Korištenje matičnih stanica crvene koštane srži ima svoje prednosti. Posebno, jednostavnost prikupljanja biomaterijala i in vitro uzgoja s naknadnom diferencijacijom u različite vrste mezenhimalnih stanica omogućuje izbjegavanje upotrebe intaktnih krvnih žila. Matične stanice su pluripotentni izvori staničnih linija i imaju jedinstvene imunološke karakteristike koje doprinose njihovoj stabilnosti u alogenim uvjetima.

Matične stanice ljudske crvene koštane srži dobivaju se sternalnom punkcijom ili punkcijom ilijačnog grebena. Izoliraju se iz 10-15 ml aspirata sternuma, odvajaju od ostalih stanica i uzgajaju. Nakon postizanja potrebnog broja stanica (obično unutar 21-28 dana), zasijavaju se (koloniziraju) na matrice i uzgajaju u hranjivom mediju u statičnom položaju (7 dana u vlažnom inkubatoru na 37 °C u prisutnosti 5% CO2). Nakon toga, rast stanica se stimulira kroz kupturalni medij (biološki podražaji) ili stvaranjem fizioloških uvjeta za rast tkiva tijekom njegove izometrijske deformacije u reprodukcijskom aparatu s pulsirajućim protokom - bioreaktoru (mehanički podražaji). Fibroblasti su osjetljivi na mehaničke podražaje koji potiču njihov rast i funkcionalnu aktivnost. Pulsirajući protok uzrokuje povećanje i radijalnih i obodnih deformacija, što dovodi do orijentacije (izduženja) naseljenih stanica u smjeru takvih naprezanja. To, pak, dovodi do stvaranja orijentiranih vlaknastih struktura zalistaka. Konstantan protok uzrokuje samo tangencijalna naprezanja na stijenkama. Pulsirajući tok ima blagotvoran učinak na staničnu morfologiju, proliferaciju i sastav izvanstaničnog matriksa. Priroda toka hranjivog medija, fizikalno-kemijski uvjeti (pH, pO2 i pCO2) u bioreaktoru također značajno utječu na proizvodnju kolagena. Dakle, laminarni tok, cikličke vrtložne struje povećavaju proizvodnju kolagena, što dovodi do poboljšanih mehaničkih svojstava.

Drugi pristup uzgoju tkivnih struktura je stvaranje embrionalnih uvjeta u bioreaktoru umjesto simuliranja fizioloških uvjeta ljudskog tijela. Tkivni bioventilci uzgojeni na bazi matičnih stanica imaju pokretne i fleksibilne režnjeve, funkcionalno sposobne pod utjecajem visokog tlaka i protoka koji prelazi fiziološku razinu. Histološke i histokemijske studije režnjeva ovih struktura pokazale su prisutnost aktivnih procesa biodestrukcije matrice i njezine zamjene održivim tkivom. Tkivo je organizirano prema slojevitom tipu s karakteristikama proteina izvanstanične matrice sličnim onima izvornog tkiva, prisutnošću kolagena tipova I i III te glikozaminoglikana. Međutim, tipična troslojna struktura režnjeva - ventrikularni, spužvasti i vlaknasti slojevi - nije dobivena. ASMA-pozitivne stanice koje eksprimiraju vimentin pronađene u svim fragmentima imale su karakteristike slične onima miofibroblasta. Elektronska mikroskopija otkrila je stanične elemente s značajkama karakterističnim za održive, sekretorno aktivne miofibroblaste (aktinske/miozinske niti, kolagene niti, elastin) i endotelne stanice na površini tkiva.

Na listićima su otkriveni kolageni tipovi I, III, ASMA i vimentin. Mehanička svojstva listića tkiva i nativnih struktura bila su usporediva. Umjetni srčani zalisci od tkiva pokazali su izvrsne performanse tijekom 20 tjedana i nalikovali su prirodnim anatomskim strukturama po svojoj mikrostrukturi, biokemijskom profilu i formiranju proteinske matrice.

Svi umjetni srčani zalisci dobiveni tkivnim inženjerstvom implantirani su životinjama u plućnom položaju, budući da njihove mehaničke karakteristike ne odgovaraju opterećenjima u aortnom položaju. Tkivni zalisci eksplantirani iz životinja po strukturi su bliski nativnim, što ukazuje na njihov daljnji razvoj i restrukturiranje in vivo. Hoće li se proces restrukturiranja i sazrijevanja tkiva nastaviti u fiziološkim uvjetima nakon implantacije umjetnih srčanih zalistaka, kao što je uočeno u pokusima na životinjama, pokazat će daljnja istraživanja.

Idealni umjetni srčani zalisci trebali bi imati poroznost od najmanje 90%, jer je to bitno za rast stanica, dostavu hranjivih tvari i uklanjanje staničnih metaboličkih produkata. Osim biokompatibilnosti i biorazgradivosti, umjetni srčani zalisci trebali bi imati kemijski povoljnu površinu za zasijavanje stanica i odgovarati mehaničkim svojstvima prirodnog tkiva. Razina biorazgradnje matrice trebala bi biti kontrolirana i proporcionalna razini stvaranja novog tkiva kako bi se osigurala mehanička stabilnost tijekom vremena.

Trenutno se razvijaju sintetske i biološke matrice. Najčešći biološki materijali za izradu matrica su donorske anatomske strukture, kolagen i fibrin. Polimerni umjetni srčani zalisci dizajnirani su za biorazgradnju nakon implantacije, nakon što implantirane stanice počnu proizvoditi i organizirati vlastitu izvanstaničnu matriksnu mrežu. Stvaranje novog matričnog tkiva može se regulirati ili stimulirati faktorima rasta, citokinima ili hormonima.

trusted-source[ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ]

Umjetni srčani zalisci donora

Kao matrice mogu se koristiti umjetni srčani zalisci donora dobiveni od ljudi ili životinja i osiromašeni staničnim antigenima decelularizacijom radi smanjenja njihove imunogenosti. Očuvani proteini izvanstanične matrice osnova su za naknadnu adheziju zasađenih stanica. Postoje sljedeće metode uklanjanja staničnih elemenata (acelularizacija): smrzavanje, tretman tripsinom/EDTA, deterdženti - natrijev dodecil sulfat, natrijev deoksikolat, Triton X-100, MEGA 10, TnBR CHAPS, Tween 20, kao i višestupanjske enzimske metode tretmana. U ovom slučaju, stanične membrane, nukleinske kiseline, lipidi, citoplazmatske strukture i topljive molekule matrice uklanjaju se uz očuvanje kolagena i elastina. Međutim, idealna metoda još nije pronađena. Samo natrijev dodecil sulfat (0,03-1%) ili natrijev deoksikolat (0,5-2%) rezultirali su potpunim uklanjanjem stanica nakon 24 sata tretmana.

Histološki pregled uklonjenih decelulariziranih biovalupa (alografta i ksenografta) u pokusu na životinjama (pas i svinja) pokazao je djelomičnu endotelizaciju i urastanje miofibroblasta primatelja u bazu, bez znakova kalcifikacije. Zabilježena je umjerena upalna infiltracija. Međutim, tijekom kliničkih ispitivanja decelulariziranog SynerGraftTM ventila razvio se rani neuspjeh. U matrici bioproteze otkrivena je izražena upalna reakcija, koja je u početku bila nespecifična i popraćena limfocitnom reakcijom. Disfunkcija i degeneracija bioproteze razvile su se tijekom jedne godine. Nije uočena kolonizacija matrice stanicama, ali je otkrivena kalcifikacija zalistaka i ostaci preimplantacijskih stanica.

Matrice bez stanica zasijane endotelnim stanicama i uzgajane in vitro i in vivo formirale su koherentni sloj na površini zalistaka, a zasijane intersticijske stanice nativne strukture pokazale su svoju sposobnost diferencijacije. Međutim, nije bilo moguće postići potrebnu fiziološku razinu kolonizacije stanica na matrici pod dinamičkim uvjetima bioreaktora, a implantirani umjetni srčani zalisci bili su popraćeni prilično brzim (tri mjeseca) zadebljanjem zbog ubrzane proliferacije stanica i stvaranja izvanstanične matrice. Stoga, u ovoj fazi, korištenje matrica bez stanica donora za njihovu kolonizaciju stanicama ima niz neriješenih problema, uključujući imunološke i infektivne; rad na decelulariziranim bioprotezama se nastavlja.

Treba napomenuti da je kolagen također jedan od potencijalnih bioloških materijala za proizvodnju matrica sposobnih za biorazgradnju. Može se koristiti u obliku pjene, gela ili ploča, spužvi i kao blankovani materijal na bazi vlakana. Međutim, upotreba kolagena povezana je s nizom tehnoloških poteškoća. Posebno ga je teško dobiti od pacijenta. Stoga je trenutno većina kolagenih matrica životinjskog podrijetla. Spora biorazgradnja životinjskog kolagena može nositi povećan rizik od infekcije zoonozama, uzrokovati imunološke i upalne reakcije.

Fibrin je još jedan biološki materijal s kontroliranim karakteristikama biorazgradnje. Budući da se fibrinski gelovi mogu izraditi iz pacijentove krvi za naknadnu proizvodnju autologne matrice, implantacija takve strukture neće uzrokovati njezinu toksičnu razgradnju i upalnu reakciju. Međutim, fibrin ima nedostatke poput difuzije i ispiranja u okolinu te niskih mehaničkih svojstava.

trusted-source[ 7 ], [ 8 ], [ 9 ], [ 10 ], [ 11 ]

Umjetni srčani zalisci izrađeni od sintetičkih materijala

Umjetni srčani zalisci također se izrađuju od sintetičkih materijala. Nekoliko pokušaja proizvodnje matrica zaliska temeljilo se na upotrebi poliglaktina, poliglikolne kiseline (PGA), polimliječne kiseline (PLA), PGA i PLA kopolimera (PLGA) te polihidroksialkanoata (PHA). Visoko porozni sintetički materijal može se dobiti iz pletenih ili nepletenih vlakana i korištenjem tehnologije ispiranja soli. Obećavajući kompozitni materijal (PGA/P4HB) za izradu matrica dobiva se iz nepletenih petlji poliglikolne kiseline (PGA) obloženih poli-4-hidroksibutiratom (P4HB). Umjetni srčani zalisci proizvedeni od ovog materijala steriliziraju se etilen oksidom. Međutim, značajna početna krutost i debljina petlji ovih polimera, njihova brza i nekontrolirana razgradnja, praćena oslobađanjem kiselih citotoksičnih produkata, zahtijevaju daljnja istraživanja i potragu za drugim materijalima.

Korištenje autolognih ploča za kulturu tkiva miofibroblasta uzgajanih na nosaču za stvaranje potpornih matrica stimuliranjem proizvodnje tih stanica omogućilo je dobivanje uzoraka zalistaka s aktivnim održivim stanicama okruženim izvanstaničnim matriksom. Međutim, mehanička svojstva tkiva tih zalistaka još uvijek su nedovoljna za njihovu implantaciju.

Potrebna razina proliferacije i regeneracije tkiva zaliska koji se stvara ne može se postići samo kombiniranjem stanica i matrice. Ekspresija staničnih gena i stvaranje tkiva mogu se regulirati ili stimulirati dodavanjem faktora rasta, citokina ili hormona, mitogenih faktora ili faktora adhezije u matrice i nosače. Mogućnost uvođenja ovih regulatora u matrične biomaterijale se proučava. Općenito, postoji značajan nedostatak istraživanja o regulaciji stvaranja tkivnih zalistaka biokemijskim podražajima.

Acelularna svinjska ksenogena plućna bioproteza Matrix P sastoji se od decelulariziranog tkiva obrađenog posebnim patentiranim postupkom tvrtke AutoTissue GmbH, uključujući tretman antibioticima, natrijevim deoksiholatom i alkoholom. Ova metoda obrade, odobrena od strane Međunarodne organizacije za standardizaciju, eliminira sve žive stanice i postcelularne strukture (fibroblasti, endotelne stanice, bakterije, virusi, gljivice, mikoplazma), čuva arhitekturu izvanstaničnog matriksa, smanjuje razinu DNA i RNA u tkivima na minimum, što smanjuje na nulu vjerojatnost prijenosa svinjskog endogenog retrovirusa (PERV) na ljude. Bioproteza Matrix P sastoji se isključivo od kolagena i elastina s očuvanom strukturnom integracijom.

U pokusima na ovcama zabilježena je minimalna reakcija okolnog tkiva 11 mjeseci nakon implantacije bioproteze Matrix P s dobrim stopama preživljavanja, što je bilo posebno vidljivo na sjajnoj unutarnjoj površini endokarda. Upalne reakcije, zadebljanje i skraćivanje listića zaliska praktički su bili odsutni. Također su zabilježene niske razine kalcija u tkivu bioproteze Matrix P, a razlika je statistički značajna u usporedbi s onima tretiranima glutaraldehidom.

Umjetni srčani zalistak Matrix P prilagođava se individualnim stanjima pacijenta unutar nekoliko mjeseci nakon implantacije. Pregledom na kraju kontrolnog razdoblja otkriven je netaknuti izvanstanični matriks i konfluentni endotel. Ksenograft Matrix R implantiran u 50 pacijenata s kongenitalnim manama tijekom Rossovog postupka između 2002. i 2004. pokazao je superiorne performanse i niže transvalvularne gradijente tlaka u usporedbi s krioprezerviranim i decelulariziranim SynerGraftMT alograftima i bioprotezama bez scaffolda tretiranim glutaraldehidom. Umjetni srčani zalisci Matrix P namijenjeni su zamjeni plućnog zaliska tijekom rekonstrukcije izlaznog trakta desne klijetke u kirurgiji kongenitalnih i stečenih mana te tijekom zamjene plućnog zaliska tijekom Rossovog postupka. Dostupni su u 4 veličine (prema unutarnjem promjeru): za novorođenčad (15-17 mm), za djecu (18-21 mm), srednju (22-24 mm) i odrasle (25-28 mm).

Napredak u razvoju tkivno inženjerskih zalistaka ovisit će o napretku u biologiji stanica zalistaka (uključujući pitanja ekspresije i regulacije gena), studijama embriogenog i sa starenjem povezanog razvoja zalistaka (uključujući angiogene i neurogene čimbenike), preciznom poznavanju biomehanike svakog zaliska, identifikaciji odgovarajućih stanica za zasijavanje i razvoju optimalnih matrica. Daljnji razvoj naprednijih tkivnih zalistaka zahtijevat će temeljito razumijevanje odnosa između mehaničkih i strukturnih karakteristika nativnih zalistaka i podražaja (bioloških i mehaničkih) za ponovno stvaranje tih karakteristika in vitro.

trusted-source[ 12 ], [ 13 ], [ 14 ], [ 15 ]

You are reporting a typo in the following text:
Simply click the "Send typo report" button to complete the report. You can also include a comment.