دریچه های قلب ساخته شده در عرض چند دقیقه جریان خون را بلافاصله پس از کاشت در گوسفند کنترل می کنند

محققان روشی را برای تولید ارزان دریچه‌های قلب در مدت چند دقیقه ابداع کرده‌اند که بلافاصله پس از کاشت در گوسفند کار می‌کنند. دانشمندان روش خود را “ریسندگی جت چرخشی متمرکز” می نامند که آن را “یک دستگاه پنبه آب نبات با یک سشوار پشت آن” توصیف می کنند. اگرچه مطالعات طولانی مدت in vivo برای آزمایش استقامت دریچه ها مورد نیاز است، اما آنها به طور موثر جریان خون را برای یک ساعت در گوسفند کنترل کردند. نمونه اولیه در 7 ژوئن در مجله ظاهر می شود موضوع.

مایکل پیترز، مهندس زیستی از دانشگاه هاروارد، یکی از اولین نویسندگان این مطالعه، می گوید: «دو مزیت بزرگ روش ما سرعت و وفاداری فضایی است. ما می‌توانیم فیبرهای بسیار کوچکی را در مقیاس نانو ایجاد کنیم که از ماتریکس خارج سلولی که سلول‌های دریچه قلب برای زندگی و رشد در داخل آن عادت دارند، تقلید کنند و می‌توانیم دریچه‌های کامل را در عرض چند دقیقه بچرخانیم، برخلاف فناوری‌های موجود در حال حاضر که می‌توانند طول بکشند. هفته ها یا ماه ها برای ساختن.”

دریچه های قلب ریوی از سه لت که تا حدی روی هم قرار گرفته اند تشکیل شده است که با هر ضربان قلب باز و بسته می شود. آنها مسئول کنترل جریان خون یک طرفه در قلب هستند. با هر ضربان، آنها کاملاً باز می شوند تا خون به سمت جلو جریان یابد و سپس به طور کامل بسته می شوند تا از جریان خون به سمت عقب جلوگیری شود.

برای ساخت دریچه‌ها، محققان از جت‌های هوا برای هدایت پلیمر مایع روی یک قاب دریچه‌ای استفاده می‌کنند که در نتیجه شبکه‌ای یکپارچه از الیاف کوچک ایجاد می‌شود. دریچه‌ها به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که موقتی و احیاکننده باشند: آنها داربست متخلخلی را برای سلول‌ها فراهم می‌کنند تا نفوذ کنند، روی آن ساخته شوند و در نهایت با تجزیه زیستی پلیمر جایگزین شوند.

سلول‌ها در مقیاس نانومتری عمل می‌کنند و چاپ سه‌بعدی نمی‌تواند به آن سطح برسد، اما چرخش جت دوار متمرکز می‌تواند نشانه‌های فضایی در مقیاس نانومتری را در آنجا قرار دهد به طوری که وقتی سلول‌ها در آن داربست می‌خزند، احساس می‌کنند که کیت پارکر، نویسنده ارشد و مهندس زیستی از دانشگاه هاروارد می گوید: در دریچه قلب، نه داربست مصنوعی. یک حیله و حقه در میان است.»

این تیم قدرت، کشش و توانایی دریچه‌ها را برای باز و بسته شدن مکرر با استفاده از دستگاه تکثیر پالس، دستگاهی که ضربان قلب را شبیه‌سازی می‌کند، آزمایش کردند.

پیترز می گوید: «یک دریچه طبیعی قلب برای میلیاردها چرخه در طول زندگی فرد عمل می کند، بنابراین به طور مداوم کشیده می شود، کشیده می شود و تحریک می شود. آنها باید بسیار الاستیک باشند و با وجود این محرک های مکانیکی شکل خود را حفظ کنند، و همچنین باید به اندازه کافی قوی باشند تا در برابر فشارهای خونی که تلاش می کند به سمت عقب جریان یابد، مقاومت کنند.

آن‌ها همچنین سلول‌های قلب را روی دریچه‌ها رشد دادند تا زیست سازگاری را آزمایش کنند و ببینند که سلول‌ها چقدر می‌توانند به داربست‌ها نفوذ کنند. سارا موتا، بیوفیزیکدان، نویسنده اول این مطالعه که در دانشگاه هاروارد و دانشگاه کار می کند، می گوید: “دریچه ها در تماس مستقیم با خون هستند، بنابراین ما باید بررسی کنیم که این ماده باعث ترومبوز یا انسداد عروق خونی نشود.” زوریخ

در نهایت، محققان عملکرد فوری دریچه‌ها را در گوسفندان آزمایش کردند، گوسفندهایی که به دلایل مختلف یک مدل حیوانی خوب هستند – نیروهای فیزیکی درون قلب گوسفند و انسان مشابه هستند، و قلب گوسفند نیز محیطی “بسیار” را برای دریچه‌های قلب به دلیل وجود گوسفند نشان می‌دهد. تسریع متابولیسم کلسیم، که خطر افزایش رسوبات کلسیم را افزایش می دهد، که یک عارضه رایج برای دریافت کنندگان دریچه قلب است.

جراحان این دریچه ها را در دو گوسفند کاشته و موقعیت و عملکرد آنها را با استفاده از سونوگرافی به مدت یک ساعت کنترل کردند. هر دو دریچه با موفقیت کاشته شدند و بلافاصله کارکردند، اما یک دریچه گوسفندی پس از چند دقیقه از جای خود جدا شد—محققان فکر می‌کنند این اتفاق به این دلیل است که اندازه آن برای حیوان نادرست بود. در گوسفند دوم، دریچه عملکرد خوبی به مدت یک ساعت نشان داد و تجزیه و تحلیل پس از کشتار نشان داد که هیچ عارضه ای از نظر پارگی یا تشکیل ترومبوز وجود ندارد و سلول ها از قبل شروع به نفوذ کرده و به دریچه می چسبند.

در مرحله بعد، تیم قصد دارد عملکرد دریچه ها را در مدت زمان طولانی تر و در گوسفندهای بیشتری آزمایش کند. پیترز می‌گوید: «ما می‌خواهیم ببینیم که دریچه‌های ما در مقیاس چند هفته تا چند ماه چقدر خوب عمل می‌کنند و سلول‌ها و بافت‌های گوسفند چقدر مؤثر و سریع داربست را بازسازی می‌کنند.»

پارکر می‌گوید: «توسعه چیزی که به یک بیمار انسانی وارد می‌شود، کار طولانی است و باید طولانی باشد». قبل از اینکه چیزی را در درون انسان قرار دهید، باید حیوانات زیادی را انجام دهید.