Биоинженерные сердечные клапаны теперь можно настроить индивидуально

Компьютерное моделирование позволило настроить биоинженерные имплантаты для роста, регенерации и правильного функционирования в теле конкретного пациента.
Фото UZH.

Сердечно-сосудистая инженерия является одним из относительно молодых направлений регенеративной медицины. Её задача – создание живых протезов, например, сердечных клапанов, которые будут расти вместе с организмом человека и иметь способность к регенерации, то есть при необходимости самовосстанавливаться.

Такие имплантаты имеют массу преимуществ перед полностью искусственными аналогами. И главное для них – мирное сосуществование с иммунной системой. Другими словами, такие живые протезы при условии индивидуального изготовления с большой вероятностью будут приняты организмом как свои собственные.

Но при всей радужности перспектив долгое время оставалась нерешённой важнейшая задача, а именно, поиск способа тонкой настройки, хотя живой, но всё же пока чужеродной системы, чтобы она стала полноценной частью организма. Решение оказалось под силу только компьютерной программе, в которую была загружена вся необходимая информация для контроля над сложнейшими биологическими процессами. Компьютерным моделированием занималась международная команда исследователей во главе с Саймоном Хёрстрапом (Simon Hoerstrup) из Университета Цюриха.

В итоге учёным впервые удалось предсказать, насколько хорошо будут расти, восстанавливаться и функционировать индивидуальные сердечные клапаны на примере крупной животной модели, а именно в организме овцы. Подробное описание своей работы авторы изложили в статье, которая была опубликована в журнале Science Translational Medicine.

После моделирования биоинженерные пульмональные клапаны были имплантированы 11 живым овцам. Год спустя у девяти животных системы продолжали функционировать в соответствии с прогнозом. На сегодняшний день представленные результаты являются самым значимым достижением для биоинженерных имплантируемых тканей.

"Благодаря разработанным нами симуляциям мы можем оптимизировать дизайн и состав регенеративных сердечных клапанов, чтобы получать индивидуальные имплантаты для использования в терапевтических целях", – рассказывает Хёрстрап в пресс-релизе университета.

В частности, компьютерная модель учитывает изменения в структуре сердечного клапана, происходящие в организме в ходе динамической регенерации ткани имплантата. И они в обязательном порядке должны быть заложены в изначальный дизайн.

Учёные уверены, что их работа буквально открывает двери биоинженерным клапанам и любым другим имплантатам для выхода за границы научного эксперимента в сторону клинических испытаний. И это настоящая прорывная технология регенеративной медицины.

Разработка поможет лечить клапанные пороки сердца. Существующие искусственные имплантаты нельзя назвать идеальным решением (особенно для детей с врожденными пороками), хотя они и продлевают человеческие жизни.

Проблема в том, что дети растут, а такие клапаны, увы, нет. А это означает, что до полного взросления юному организму придётся перенести несколько сложнейших операций на сердце, что связано с повышенным риском хирургических осложнений и психологическим стрессом для пациентов и их семей.

Существуют также донорские имплантаты, взятые от животных. Но и они по большому счёту не воспринимаются организмом как собственные, что приводит к относительно быстрому изнашиванию.

Очевидно, что будущее в этой области всё же за биоинженерными индивидуализированными имплантатами. Остаётся верить, что проблемы этого сложнейшего направления регенеративной медицины будут вскоре решены и в случае человека.

О других достижениях учёных и медиков в области имплантируемых органов и тканей можно узнать из материалов специальных разделов проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru), посвященных стволовым клеткам, регенерации, а также искусственным органам и тканям.

Сегодня