《科学转化医学》：人工心脏瓣膜置换，可随心脏长大而变大

文/陈根

对心脏瓣膜病病人以及先天性心脏病等患者而言,“换瓣”手术可有效改善心脏功能。

然而,除了一些实验例外,大多数心脏瓣膜置换是由经过化学处理的动物源材料制成的,这对于接受心脏瓣膜置换的儿童来说,当患者的心脏越来越大时,这些材料的大小保持不变。

因此,他们必须必多次手术更换更大的心脏瓣膜——这种手术在孩子成年前甚至高达五次。这些手术带来了巨大的风险和医疗费用,同时,儿童患者必须继续接受终身抗凝治疗。

现在,明尼苏达大学的科学家称,他们已经制造出一种具有融合宿主细胞能力的心脏瓣膜替代物,使它们能够随着时间的推移生长。当植入生长中的羔羊体内时,瓣膜扩张并维持了一年的功能,这意味着,它们或许可以解决先天性心脏病患儿长期瓣膜置换的迫切需要。

研究人员首先将绵羊皮细胞与一种被称为纤维蛋白的凝胶蛋白结合在管状生物反应器中,并且添加细胞生长因子蛋白,使混合物生长成一管生物材料。

接下来,研究人员们将羊细胞从该材料中冲洗出来,只留下由胶原基质组成的管状结构。由于该管子不再包含任何细胞,如果植入,它将不会受到宿主的免疫系统攻击。

随后,研究人员将三个这样的管子(每个直径约为16毫米)沿着两侧连接在一起,然后按宽度切片形成一个环。该环内侧的组织随后被修剪,形成像天然心脏瓣膜一样的扇形小叶。当由此产生的植入物移植到三只羔羊的肺动脉上时,动物的细胞迁移到胶原基质中,基本上将其转化为每只羔羊自己的生物材料。

因此,植入物随羔羊一起生长,在大约52周的时间里从环直径19毫米生长到25毫米。此外,这些植入物也没有表现出钙化的迹象,对现有的动物源性心脏瓣膜替代性并未产生不利影响。

目前,科学家们计划将瓣膜直接植入羔羊的右心室,以模拟最常见的心脏修复之一。显而易见的是,倘若未来能够为儿童批准这些瓣膜,将对患有心脏缺陷的儿童及其家庭产生巨大影响,或将极大减轻他们不得不应对多次手术的巨大压力。

这项技术正在由衍生公司Vascudyne商业化,其研究也已发表在《科学转化医学》杂志上。