Новый тип сердечной заплаты, созданной на основе тканевой инженерии, может не только закрывать дефектные участки сердца, как это было до сих пор, но и исцелять их. Междисциплинарная группа под руководством Швейцарской высшей технической школы Цюриха успешно имплантировала заплату животным.

После инфаркта миокарда кровоток к сердцу нарушается, и возникающая в результате нехватка кислорода может привести к повреждению сердца . В тяжёлых случаях стенка сердца может разорваться, что требует немедленного хирургического вмешательства. Сегодня для восстановления таких пороков сердца используются заплаты из бычьего перикарда благодаря их стабильности, проницаемости и лёгкости имплантации.

Междисциплинарная исследовательская группа из Швейцарской высшей технической школы Цюриха и Университетской клиники Цюриха под руководством профессоров Роберта Кацшмана и Омера Джемали разработала новую трёхмерную сердечную заплату для внутрижелудочковой имплантации. Группа только что представила своё исследование в журнале Advanced Materials .

Не только запечатывать, но и исцелять
Используемые в настоящее время бычьи перикардиальные заплаты (БПП) имеют существенные недостатки. Они не только биологически инертны, то есть остаются инородными телами в сердце и не могут быть удалены, но и могут вызывать нежелательные реакции, такие как кальцификация, тромбоз или воспаление.

«Традиционные сердечные заплаты не интегрируются в сердечную ткань и остаются в организме навсегда. Мы хотели решить эту проблему с помощью нашей заплаты, которая интегрируется в существующую сердечную ткань», — объясняет Льюис Джонс, ведущий автор исследования.

«RCPatch» (усиленная сердечная заплата) может стать долгосрочной альтернативой обычным заплатам из бычьего перикарда: «Наша цель состояла в том, чтобы разработать заплату, которая не только закрывает дефект, но и помогает полностью его восстановить», — объясняет Кацшманн.

Кредит: ETH Zurich

Один патч, три компонента
Новый RCPatch имеет значительные преимущества по сравнению с бычьим перикардом, поскольку состоит из трёх частей: тонкой сетки, герметизирующей повреждение, напечатанного на 3D-принтере каркаса для обеспечения стабильности и гидрогеля, заполненного клетками сердечной мышцы. Каркас имеет решётчатую структуру из деградируемого полимера, который исследователи производят на 3D-принтере. «Каркас достаточно стабилен и может быть заполнен гидрогелем, содержащим живые клетки», — объясняет Джонс.

Исследователи из ETH объединили решетчатую структуру с тонкой сеткой, чтобы её можно было легко прикрепить к сердцу. Кацшман и его команда обогатили эту сетку тем же гидрогелем. Это позволяет RCPatch интегрироваться в окружающие ткани и срастаться с клетками сердечной мышцы.

«Главное преимущество заключается в том, что каркас полностью разрушается после соединения клеток с тканью. Это означает, что не остаётся никаких инородных тел», — объясняет Джонс. Сочетание трёх компонентов позволяет получить плотную, удобную в использовании сердечную заплату, частично состоящую из живых клеток.

Сетчатая структура до и после имплантации в сердечную ткань. Источник: Soft Robotics Lab / ETH Zurich
Первичные тесты на сердце
Первоначальный эксперимент на животных продемонстрировал способность заплаты успешно имплантироваться и выдерживать высокое давление в сердце. Исследователям удалось предотвратить кровотечение и восстановить сердечную функцию. В доклинических испытаниях на свиньях RCPatch использовался для закрытия искусственного дефекта в левом желудочке. «Нам удалось показать, что заплата сохраняет свою структурную целостность даже под реальным кровяным давлением», — говорит Кацшманн.

Таким образом, исследовательская группа создала многообещающую основу для разработки механически укреплённой сердечной заплаты, созданной с помощью тканеинженерных технологий, пригодной для имплантации человеку. В долгосрочной перспективе RCPatch предназначен не только для восстановления, но и для регенерации повреждённого миокарда, в конечном итоге обеспечивая исцеление сердца. На следующем этапе исследователи планируют продолжить разработку материала и изучить его стабильность в долгосрочных исследованиях на животных.