^

Sức khoẻ

Van tim nhân tạo

, Biên tập viên y tế
Đánh giá lần cuối: 23.04.2024
Fact-checked
х

Tất cả nội dung của iLive đều được xem xét về mặt y tế hoặc được kiểm tra thực tế để đảm bảo độ chính xác thực tế nhất có thể.

Chúng tôi có các hướng dẫn tìm nguồn cung ứng nghiêm ngặt và chỉ liên kết đến các trang web truyền thông có uy tín, các tổ chức nghiên cứu học thuật và, bất cứ khi nào có thể, các nghiên cứu đã được xem xét về mặt y tế. Lưu ý rằng các số trong ngoặc đơn ([1], [2], v.v.) là các liên kết có thể nhấp vào các nghiên cứu này.

Nếu bạn cảm thấy rằng bất kỳ nội dung nào của chúng tôi không chính xác, lỗi thời hoặc có thể nghi ngờ, vui lòng chọn nội dung đó và nhấn Ctrl + Enter.

Hiện đại, có sẵn cho sử dụng lâm sàng, van tim nhân tạo sinh học, ngoại trừ tự ghép phổi, là những cấu trúc không sống được mà không có khả năng tăng trưởng và sửa chữa mô. Điều này gây ra những hạn chế đáng kể về việc sử dụng chúng, đặc biệt ở trẻ em trong việc điều chỉnh bệnh lý van tim. Kỹ thuật mô đã được hình thành trong 15 năm qua. Mục đích của hướng khoa học này là tạo ra các điều kiện nhân tạo của các cấu trúc như van tim nhân tạo với bề mặt kháng thrombo và interstite có thể sống được.

trusted-source[1], [2],

Làm thế nào là van tim nhân tạo phát triển?

Khái niệm khoa học kỹ thuật mô được dựa trên ý tưởng về giải quyết và trồng sống tế bào (nguyên bào sợi, tế bào gốc, vv) Trong một bộ xương hấp thụ tổng hợp hoặc tự nhiên (ma trận) đại diện cho một cấu trúc van ba chiều, cũng như việc sử dụng các tín hiệu điều chỉnh sự biểu hiện của gen, tổ chức và năng suất cấy tế bào trong giai đoạn hình thành ma trận ngoại bào.

Các van tim nhân tạo như vậy được tích hợp với mô của bệnh nhân để phục hồi cuối cùng và duy trì cấu trúc và chức năng của nó. Vì vậy trên ma trận ban đầu như là kết quả của các tế bào hoạt động (nguyên bào sợi và myofibroblasts al.), A kollagenoelastinovy khung mới hay, chính xác hơn, bào ma trận. Kết quả là, các van tim nhân tạo tối ưu được tạo ra bằng phương pháp kỹ thuật mô sẽ, theo cấu trúc giải phẫu và chức năng của chúng, tiếp cận phương pháp tự nhiên, và cũng có khả năng thích ứng cơ bản, khả năng sửa chữa và phát triển.

Kỹ thuật mô phát triển van tim nhân tạo sử dụng nhiều nguồn thu hoạch tế bào khác nhau. Do đó, có thể sử dụng các tế bào xenogen hoặc allogenic, mặc dù trước đây có liên quan đến nguy cơ vận chuyển từ người sang người. Để giảm khả năng kháng nguyên và ngăn chặn phản ứng từ chối của cơ thể là có thể bằng cách thay đổi di truyền của các tế bào allogen. Kỹ thuật mô đòi hỏi nguồn đáng tin cậy của sản xuất tế bào. Nguồn này là tế bào tự sinh lấy trực tiếp từ bệnh nhân và không đáp ứng miễn dịch trong quá trình tái tạo. Van tim nhân tạo hiệu quả được sản xuất trên cơ sở các tế bào autologous có nguồn gốc từ các mạch máu (động mạch và tĩnh mạch). Để có được sự nuôi cấy tế bào nguyên chất, một phương pháp dựa trên việc sử dụng phân loại tế bào hoạt tính huỳnh quang (FACS) đã được phát triển. Một quần thể tế bào hỗn hợp có nguồn gốc từ mạch máu được gắn nhãn với marker lipoprotein acetyl hóa, mật độ thấp được hấp thụ một cách chọn lọc trên bề mặt nội bào. Các tổ chức tinh hoàn sau đó có thể dễ dàng tách ra khỏi phần lớn các tế bào lấy từ các mạch máu, chúng sẽ được đại diện bởi một hỗn hợp các tế bào cơ trơn, myofibroblasts và nguyên bào sợi. Một nguồn tế bào, có thể là một động mạch hoặc tĩnh mạch, sẽ ảnh hưởng đến các tính chất của cấu trúc cuối cùng. Do đó, van tim nhân tạo với ma trận được gieo với các tế bào tĩnh mạch, về mức độ hình thành collagen và sự ổn định cơ học, vượt qua các cấu trúc gieo bằng các tế bào động mạch. Sự lựa chọn các tĩnh mạch ngoại vi dường như là một nguồn thu hoạch tế bào thuận tiện hơn.

Myofibroblast cũng có thể được lấy từ các động mạch cảnh. Đồng thời, các tế bào thu được từ các mạch chủ yếu khác với tế bào kẽ tự nhiên của chúng. Các tế bào dây rốn tự thân có thể được sử dụng như một nguồn tế bào thay thế.

Van tim nhân tạo dựa trên tế bào gốc

Tiến bộ của kỹ thuật mô trong những năm gần đây được tạo điều kiện bằng nghiên cứu tế bào gốc. Việc sử dụng các tế bào gốc của tủy đỏ có lợi ích của nó. Đặc biệt, sự đơn giản của việc lấy mẫu vật liệu sinh học và nuôi cấy in vitro với sự khác biệt sau đó vào các loại tế bào trung mô cho phép tránh sử dụng các mạch máu nguyên vẹn. Tế bào gốc là nguồn tế bào đa năng, có đặc điểm miễn dịch đặc biệt góp phần ổn định trong điều kiện đồng hợp.

Tế bào gốc tủy xương của con người thu được bằng cách chọc thủng hoặc đâm thủng của xương chậu. Chúng được cô lập từ 10-15 ml ốc vít, tách ra từ các tế bào khác và nuôi cấy. Sau khi đạt số lượng tế bào mong muốn (thường là trong vòng 21-28 ngày) sản xuất gieo mình (thuộc địa) trong ma trận là nuôi cấy trong môi trường ở một vị trí tĩnh (trong vòng 7 ngày trong một lồng ấp ẩm ở 37 ° C trong sự hiện diện của 5% CO2). Sau đó kích thích tăng trưởng tế bào thông qua môi trường kupturalnuyu (kích thích sinh học) hoặc điều kiện sinh lý thông qua việc tạo ra sự phát triển mô trong biến dạng của nó trong bộ máy sinh sản isometric xung - bioreactor (kích thích cơ học). Tế bào da nhạy cảm với kích thích cơ học thúc đẩy sự phát triển và hoạt động chức năng của chúng. Dòng chảy rung động gây ra sự gia tăng trong cả hai bố trí hình tròn và biến dạng tròn, mà kết quả trong định hướng (kéo dài) tế bào dân theo hướng hành động của căng thẳng như vậy. Điều này dẫn đến, lần lượt, để sự hình thành của cấu trúc sợi theo định hướng của cánh. Dòng chảy liên tục chỉ gây áp lực tiếp tuyến trên tường. Dòng chảy pulsating có tác dụng có lợi trên hình thái tế bào, sự tăng sinh và thành phần của ma trận ngoại bào. Tính chất của dòng chất môi trường dinh dưỡng, các điều kiện hóa lý (pH, pO2 và pCO2) trong bioreactor cũng ảnh hưởng đáng kể đến sản xuất collagen. Vì vậy, luồng laminar, dòng xoáy tuần hoàn làm tăng sản xuất collagen, dẫn đến các tính chất cơ học được cải thiện.

Cách tiếp cận khác trong việc phát triển cấu trúc mô là tạo ra các điều kiện phôi thai trong bioreactor thay vì mô phỏng các điều kiện sinh lý của cơ thể người. Phát triển xuất phát bioklapany mô tế bào có nắp di chuyển và nhựa operably-off ở áp suất cao và dòng chảy, vượt mức sinh lý. Mô học và nghiên cứu histochemical tờ rơi của các cấu trúc cho thấy sự hiện diện trong đó tích cực chạy quá trình phân hủy sinh học của ma trận và thay thế nó mô khả thi. Loại laminate vải bố trí trên các đặc điểm của protein nền ngoại bào, đặc điểm như mô có nguồn gốc bởi sự hiện diện của collagen type I và III, và glycosaminoglycans. Tuy nhiên, không có được một cấu trúc ba lớp điển hình của van - các lớp ventric, spongy và fibrous. Được phát hiện trong tất cả các mảnh, các tế bào dương tính ASMA biểu hiện vimentin có những đặc điểm tương tự như đặc tính của myofibroblasts. Electron kính hiển vi của các yếu tố tế bào đã được tìm thấy là đặc trưng của khả thi, myofibroblasts hoạt động bài tiết (actin / myosin sợi, sợi collagen, elastin) và trên bề mặt vải - các tế bào nội mô.

Các vỏ bọc của I, III loại, ASMA và vimentin đã được tìm thấy trên van. Các tính chất cơ học của cánh của mô và các cấu trúc tự nhiên đã được so sánh. Van tim nhân tạo mô cho thấy hiệu suất tuyệt vời trong 20 tuần và giống như cấu trúc giải phẫu tự nhiên cho cấu trúc vi mô, cấu hình sinh hóa và hình thành một ma trận protein.

Tất cả các van tim nhân tạo, thu được bằng phương pháp mô kỹ thuật, đã được cấy vào vị trí phổi bởi động vật, vì đặc tính cơ học của chúng không tương ứng với tải trọng ở vị trí động mạch chủ. Các van mô được cấy từ động vật có cấu trúc tương tự trong cấu trúc của chúng đến các tế bào gốc, cho thấy sự phát triển và sắp xếp lại của chúng trong điều kiện in vivo. Cho dù quá trình tái cơ cấu mô và sự trưởng thành sẽ tiếp tục trong điều kiện sinh lý sau khi van tim nhân tạo được cấy ghép, như đã được quan sát trong các thí nghiệm trên động vật, các nghiên cứu tiếp theo sẽ cho thấy.

Các van tim nhân tạo lý tưởng nên có một độ xốp của không ít hơn 90% vì nó là điều cần thiết cho sự tăng trưởng tế bào, việc cung cấp các chất dinh dưỡng và loại bỏ các sản phẩm chuyển hóa tế bào, Ngoài các biocompatibility và phân hủy vi khuẩn, van tim nhân tạo cần phải có hóa thuận lợi để cấy bề mặt tế bào và phù hợp một cách máy móc tính chất của mô tự nhiên. Mức độ phân hủy sinh học của ma trận phải được kiểm soát và tỷ lệ thuận với mức độ hình thành các mô mới nhằm đảm bảo sự ổn định cơ học trong một thời gian nhất định.

Hiện nay, các ma sát tổng hợp và sinh học đang được phát triển. Các vật liệu sinh học phổ biến nhất để tạo ma trận là các cấu trúc giải phẫu của nhà tài trợ, collagen và fibrin. Van tim nhân tạo polymer được thiết kế để phân hủy sinh học sau khi cấy ghép ngay khi các tế bào cấy ghép bắt đầu sản xuất và tổ chức mạng lưới ma trận ngoại bào. Sự hình thành một mô ma trận mới có thể được điều chỉnh hoặc kích thích bởi các yếu tố tăng trưởng, cytokine hoặc hoocmon.

trusted-source[3], [4], [5], [6], [7]

Van tim nhân tạo của người tặng

Nhà tài trợ van tim nhân tạo thu được từ con người hay động vật và không có kháng nguyên tế bào bằng cách detsellyulyarizatsii để giảm miễn dịch của họ, có thể được sử dụng như ma trận. Các protein bảo quản của ma trận ngoại bào là cơ sở cho sự kết dính sau đó của các tế bào được gieo. Có nhiều phương pháp sau đây để loại bỏ các yếu tố tế bào (atsellyulyarizatsii): đóng băng, điều trị trypsin / EDTA, chất tẩy rửa - natri dodecyl sulfate, natri deoksikolatom, Triton X-100, MEGA 10, TnBR chaps, Tween 20, cũng như phương pháp điều trị enzym nhiều bước. Điều này loại bỏ các màng tế bào, axit nucleic, lipid, các cấu trúc tế bào chất và các phân tử ma trận hòa tan với bảo tồn các collagen và elastin. Tuy nhiên, một phương pháp lý tưởng vẫn chưa được tìm thấy. Chỉ natri dodecyl sulfate (0,03-1%) hoặc natri deoksikolat (0,5-2%) dẫn đến việc loại bỏ hoàn toàn các tế bào sau khi điều trị 24 giờ.

Kiểm tra mô học từ xa bioklapanov detsellyulyarizovannyh (cấy ghép và xenograft) ở động vật thực nghiệm (chó và lợn) đã chỉ ra rằng có một trồi lên một phần và endothelialization myofibroblasts nhận mỗi cơ sở, không có dấu hiệu vôi hóa. Phát hiện xâm nhiễm viêm vừa phải được ghi nhận. Tuy nhiên, trong các thử nghiệm lâm sàng của van SynerGraftTM đã khử màng, sự phát triển sớm đã được phát triển. Ma trận được xác định bioprosthesis bày tỏ phản ứng viêm, đó là ban đầu không rõ ràng và được kèm theo phản ứng lymphocytic. Sự suy giảm chức năng và thoái hóa của sinh thiết được phát triển trong vòng một năm. Sự bào chế của tế bào không được quan sát thấy trong tế bào, tuy nhiên, sự vôi hoá van và các mảnh vỡ tế bào preimplantation đã được phát hiện.

Các tế bào nội mô hạt giống ma trận vô bào và nuôi cấy trong in vitro và in vivo điều kiện hình thành một lớp mạch lạc trên bề mặt của nắp, và các tế bào kẽ tiêm cấu trúc bản địa cho thấy khả năng của mình cho sự khác biệt. Tuy nhiên, để đạt được mức sinh lý mong muốn của thực dân trong các tế bào ma trận thất bại trong điều kiện năng động của bioreactor, và các van tim nhân tạo được cấy ghép đã được kèm theo đủ nhanh (ba tháng) dày lên do sự tăng sinh tế bào nhanh và hình thành ma trận ngoại bào. Vì vậy, ở giai đoạn này việc sử dụng ma trận vô bào các nhà tài trợ cho chế độ thực dân của họ bởi các tế bào có một số vấn đề chưa được giải quyết bao gồm 8 chất miễn dịch và truyền nhiễm của bioprostheses detsellyulyarizovannymi công việc vẫn tiếp tục.

Cần lưu ý rằng collagen cũng là một trong những vật liệu sinh học tiềm năng để sản xuất các ma trận có khả năng phân hủy sinh học. Nó có thể được sử dụng dưới dạng bọt, gel hoặc miếng, bọt biển và như là một khuôn tiền trên nền sợi. Tuy nhiên, việc sử dụng collagen có liên quan đến một số khó khăn về công nghệ. Đặc biệt, rất khó để có được từ bệnh nhân. Do đó, tại thời điểm hiện tại, hầu hết các ma trận collagen đều có nguồn gốc động vật. Sự phân hủy sinh học chậm của collagen động vật có thể làm tăng nguy cơ nhiễm bệnh zoonotic, gây ra phản ứng miễn dịch và viêm.

Fibrin là một vật liệu sinh học có đặc tính kiểm soát phân hủy sinh học. Vì các gel fibrin có thể được tạo ra từ máu của bệnh nhân để tạo ra một ma trận autologous sau đó, việc cấy ghép cấu trúc như vậy sẽ không gây ra sự suy thoái độc hại và phản ứng viêm. Tuy nhiên, fibrin có nhược điểm như sự khuếch tán và thấm vào môi trường và các đặc tính cơ học thấp.

trusted-source[8], [9], [10], [11], [12]

Van tim nhân tạo làm bằng vật liệu tổng hợp

Van tim nhân tạo cũng được làm bằng các vật liệu tổng hợp. Nhiều nỗ lực để sản xuất ma trận van được dựa trên việc sử dụng các polyglactin, axit polyglycolic (PGA), axit polilakticheskoy (PLA), một copolymer của PGA và PLA (PLGA) và polyhydroxyalkanoates (PHA). Vật liệu tổng hợp xốp rất có thể thu được từ các sợi dệt hoặc không dệt và sử dụng công nghệ tẩy muối. Hứa hẹn vật liệu composite (PGA / R4NV) để sản xuất ma trận có nguồn gốc từ một vòng không dệt polyglycolic axit (PGA), phủ một lớp poly-4-hydroxybutyrate (R4NV). Van tim nhân tạo được sản xuất từ vật liệu này được khử trùng bằng ethylene oxide. Tuy nhiên, một độ cứng ban đầu đáng kể và độ dày của các vòng của các polyme, suy thoái nhanh chóng và không kiểm soát được của họ được đi kèm với việc phát hành các sản phẩm gây độc tế bào của axit, yêu cầu tiếp tục điều tra và tìm kiếm các vật liệu khác.

Sử dụng tự thân tấm nuôi cấy mô myofibroblasts nuôi trên một khung để tạo thành một ma trận hỗ trợ bằng cách kích thích việc sản xuất những tế bào này mang lại mẫu với van hoạt động tế bào sống được bao quanh bởi ma trận ngoại bào. Tuy nhiên, tính chất cơ học của các mô của các van này là không đủ cho việc cấy ghép của chúng.

Mức độ tăng sinh và sự tái tạo mô của van tạo ra không thể đạt được bằng cách kết hợp các tế bào và ma trận. Biểu hiện của gen tế bào và sự hình thành mô có thể được điều chỉnh hoặc kích thích bằng cách bổ sung các yếu tố tăng trưởng, cytokine hoặc hoocmon, yếu tố nhân tạo hoặc yếu tố kết dính trong ma trận và ma trận. Khả năng đưa các chất điều hoà này vào trong các vật liệu sinh học của ma trận đang được nghiên cứu. Nói chung, có một sự thiếu hụt nghiên cứu về quy trình quá trình hình thành van mô bằng kích thích sinh hóa.

Bioprosthesis phổi dị Matrix P lợn vô bào bao gồm vải detsellyulyarizovannoy xử lý bằng một thủ tục AutoTissue GmbH cấp bằng sáng chế đặc biệt bao gồm điều trị kháng sinh, natri deoxycholate và rượu phương pháp chế biến này được thông qua bởi International Organization for Standardization, loại bỏ tất cả các tế bào sống và cơ cấu postkletochnye (nguyên bào sợi, tế bào nội mô, vi khuẩn, virus, nấm, mycoplasma) vẫn giữ được kiến trúc của ma trận ngoại bào, nó làm giảm mức độ DNA và RNA trong tế bào để nốt trắng mA, làm giảm tới zero xác suất truyền tải nội sinh retrovirus (perv) người lợn. Matrix P bioprosthesis bao gồm độc quyền của collagen và elastin với hội nhập cấu trúc bảo tồn.

Trong các thí nghiệm trên cừu, một phản ứng tối thiểu từ các mô xung quanh được ghi lại 11 tháng sau khi ghép implant Matrix R với các chỉ số tốt về sự sống còn của nó, đặc biệt, biểu hiện chính nó trong bề mặt bên trong bóng của màng ngoài tim. Trong thực tế, không có phản ứng viêm, làm dày lên và rút ngắn van flaps. Một mức độ canxi thấp của mô Matrix P bioprosthesis cũng được ghi nhận, sự khác biệt có ý nghĩa thống kê đáng kể so với glutaraldehyde được điều trị.

Matrix P van tim nhân tạo thích nghi với điều kiện của từng bệnh nhân trong một vài tháng sau khi cấy. Trong nghiên cứu vào cuối thời gian nghiên cứu tiết lộ một nguyên bào ma trận và cống nội mạc. Xenografts Matrix R cấy vào bước Ross thực hiện trong 50 bệnh nhân bị dị tật bẩm sinh trong giai đoạn 2002-2004, đã cho thấy hiệu suất cao và thấp gradient áp lực transvalvular so với bioprostheses trữ lạnh và detsellyulyarizovannymi cấy ghép SynerGraftMT, và frameless điều trị bằng glutaraldehyde. Matrix P van nhân tạo tim cho thay van động mạch phổi trong tái thiết ngay đường ra thất trong phẫu thuật bẩm sinh và dị tật bẩm mua và giả van phổi tại các thủ tục Ross, có sẵn trong bốn kích thước (đường kính bên trong): Infant (15-17 mm ) trẻ em (18-21 mm), trung cấp (22-24 mm) và người lớn (25-28 mm).

Tiến bộ trong sự phát triển của các van trên cơ sở kỹ thuật mô sẽ phụ thuộc vào sự thành công của sinh học tế bào van (bao gồm cả các vấn đề biểu hiện gen và quy định), việc nghiên cứu phôi và tuổi tác của các van (bao gồm cả các yếu tố tạo mạch và thần kinh), kiến thức chính xác của cơ chế sinh học của mỗi van, xác định đầy đủ giải quyết các tế bào phát triển ma trận tối ưu. Đối với phát triển hơn nữa của nhiều van mô tiên tiến, một sự hiểu biết đầy đủ về mối quan hệ giữa các đặc tính cơ học và cấu trúc của van bản địa và ưu đãi (sinh học hoặc cơ khí) để tái tạo những đặc điểm này trong ống nghiệm.

trusted-source[13], [14], [15], [16]

Translation Disclaimer: For the convenience of users of the iLive portal this article has been translated into the current language, but has not yet been verified by a native speaker who has the necessary qualifications for this. In this regard, we warn you that the translation of this article may be incorrect, may contain lexical, syntactic and grammatical errors.

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.