Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Искусственный легочный клапан подстроился под растущее сердце

Sophie C. Hofferberth et al. / Science Translational Medicine, 2020

Американские и британские биологи создали искусственный легочный клапан, способный подстраиваться под растущее сердце, и протестировали его на овцах, сообщается в Science Translational Medicine. Применительно к людям аналогичный клапан позволит избежать множества операций по переустановке протезов, которые сейчас приходится делать детям и подросткам из-за того, что старые имплантаты становятся малы.

Каждый год в мире рождается 1,35 миллиона детей с пороками сердца. Четверть этих случаев — нарушения работы сердечных клапанов, перегородок между различными частями этого органа, которые в норме пропускают кровь только в одну сторону. Если патология сильно выражена, приходится имплантировать искусственные клапаны, а затем до достижения зрелости раз в несколько лет заменять их, так как их размер фиксирован, а сердце растет.

Каждая операция по замене предполагает общую анестезию, и несколько таких процедур, вероятно, могут повлиять на развитие мозга. Кроме того, пересадка проводится открыто, то есть велик риск заражения раны. Свежеустановленный механический клапан повышает вероятность тромбоэмболии (закупорки сосудов), а донорский — риск реакции отторжения со стороны иммунной системы. Всего этого можно было бы избежать, если бы диаметр клапана-протеза мог бы каким-то образом увеличиваться, подстраиваясь под растущее сердце.

Сотрудники Бостонской детской больницы и Гарвардского университета под руководством Софи Хофферберт (Sophie Hofferberth) разработали искусственный клапан, сравнив строение клапанов сердца и сосудов. Они отметили, что многие сердечные клапаны (в частности, легочный, между правым желудочком и легочным стволом) подобно венозным пассивно задерживают ток крови в обратном направлении: мышечных волокон в них нет, сами они не сокращаются.

Эффективная работа таких клапанов достигается за счет особой геометрии. К стенкам сосуда обычно крепятся две створки — листки соединительной ткани. Когда участок вены растягивается, высота клапана на нем уменьшается, угол между створками растет, но они по-прежнему дают крови идти только в одну сторону.

Взяв за основу строение венозного клапана, исследователи сделали несколько прототипов легочных клапанов с листками из вспененного политетрафторэтилена (материала, уже проверенного в клинической практике), которые крепились к гибкой основе-стенту. Образцы отличались друг от друга углом между створками: чем он был тупее, тем больше диаметр клапана. Площади створок при этом были одинаковыми.

Прототипы в соответствии с их диаметром имплантировали семи ягнятам и четырем взрослым овцам. У ягнят протез стоял десять недель. Через две, шесть и восемь недель после имплантации клапана угол между створками увеличивали с помощью баллона и катетера, так как сердца ягнят росли. У животных измеряли объем жидкости, который перекачивает сердце в разные моменты цикла сокращений, и отмечали, нет ли обратного тока крови — из легочного ствола в правый желудочек.

Заброс крови в желудочек, притом несильный, наблюдали только у одного животного. Расширение протеза не ухудшало его работу. Хотя овцам не давали средства против образования тромбов, закупорки сосудов ни у кого не произошло. Серьезных воспалительных реакций клапаны тоже не вызвали. Такие предварительные испытания можно назвать успешными.

Тем не менее, необходимы более длительные проверки клапанов-протезов на большем числе животных, чтобы лучше понять долговременные последствия их установки. Вероятно, какой-то материал будет лучше подходить для створок, чем вспененный политетрафторэтилен. Наконец, в настоящем легочном клапане три створки, а не две, и это различие может быть существенным для работы его протеза.

Сердечные клапаны и сухожилия, как выяснилось в декабре 2019, обладают пьезоэлектрическими свойствами. Вероятно, это знание поможет разработать новые методы диагностики проблем с соединительной тканью сердца. А весной прошлого года бостонские ученые сообщили, что уже создали малоинвазивный способ поиска сердечных клапанов с помощью роботизированного катетера.

Светлана Ястребова

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.