美國(guó)和瑞士科學(xué)家開(kāi)發(fā)出一種廉價(jià)方法，能在幾分鐘內(nèi)制造出心臟瓣膜，這些瓣膜在植入綿羊體內(nèi)后可立即發(fā)揮作用。相關(guān)研究近日發(fā)表于《物質(zhì)》雜志。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球現(xiàn)有心臟瓣膜病人1200萬(wàn)，每年都有近100萬(wàn)人因此離世。特別是患有心臟瓣膜疾病的兒童，通常需要進(jìn)行心臟手術(shù)更換瓣膜。然而，現(xiàn)有心臟瓣膜置換術(shù)無(wú)法隨著孩子的成長(zhǎng)而成長(zhǎng)，這就需要在患者的一生中重復(fù)這一高風(fēng)險(xiǎn)的手術(shù)。

肺心瓣膜由3個(gè)部分重疊的小葉組成，每次心跳時(shí)，它們都會(huì)打開(kāi)和關(guān)閉。它們負(fù)責(zé)控制流經(jīng)心臟的單向血流，每次心跳時(shí)，它們會(huì)完全打開(kāi)，讓血液向前流動(dòng)，然后完全關(guān)閉，防止血液回流。

為了制造瓣膜，研究人員使用氣流噴射將液體聚合物引導(dǎo)到瓣膜形狀的框架上，從而形成微小纖維的無(wú)縫網(wǎng)絡(luò)。這些瓣膜被設(shè)計(jì)成是暫時(shí)和可再生的：它們?yōu)榧?xì)胞提供了一個(gè)多孔支架，讓細(xì)胞浸潤(rùn)、擴(kuò)展，并最終取代生物降解的聚合物。

“這個(gè)方法的兩大優(yōu)勢(shì)是速度和空間保真度?！闭撐墓餐谝蛔髡摺⒐鸫髮W(xué)和瑞士蘇黎世大學(xué)生物物理學(xué)者Sarah Motta說(shuō)，“我們可以在納米尺度上制造非常小的纖維，模擬心臟瓣膜細(xì)胞用來(lái)生長(zhǎng)的細(xì)胞外基質(zhì)，并在幾分鐘內(nèi)轉(zhuǎn)出完整的瓣膜，而目前可用的技術(shù)可能需要幾周或幾個(gè)月時(shí)間。”

Motta將該方法稱為“聚焦旋轉(zhuǎn)噴射紡紗”，類似于“一個(gè)后面有吹風(fēng)機(jī)的棉花糖機(jī)器”。雖然需要長(zhǎng)期的體內(nèi)研究來(lái)測(cè)試瓣膜的耐久性，但它們?cè)诰d羊體內(nèi)有效地控制了一小時(shí)的血流量。

論文通訊作者、哈佛大學(xué)生物工程師Kit Parker說(shuō)：“細(xì)胞在納米尺度上生長(zhǎng)，3D打印無(wú)法達(dá)到這個(gè)水平，但該新技術(shù)可以設(shè)置納米尺度的空間支架，這樣當(dāng)細(xì)胞浸潤(rùn)到支架時(shí)，它們就會(huì)覺(jué)得自己在心臟瓣膜里，而不是在合成支架里。這其中有一定的技巧?！?/p>

研究小組使用脈沖復(fù)制器（一種模擬心跳的機(jī)器）測(cè)試了瓣膜的強(qiáng)度、彈性和反復(fù)開(kāi)關(guān)的能力。

“一個(gè)正常的心臟瓣膜在人的一生中要進(jìn)行數(shù)十億次開(kāi)關(guān)循環(huán)，所以它們會(huì)不斷地被拉伸和刺激?！闭撐墓餐髡?、哈佛大學(xué)研究者M(jìn)ichael Peters說(shuō)，“它們需要非常有彈性，進(jìn)而在這些機(jī)械刺激下保持形狀，而且它們還必須足夠強(qiáng)大，能夠承受血液試圖回流的背壓?！?/p>

他員們還在瓣膜上培養(yǎng)了心臟細(xì)胞，以測(cè)試其生物相容性，并觀察細(xì)胞能否很好地滲透到支架中?！鞍昴づc血液直接接觸，所以我們需要檢查這種材料是否會(huì)造成血栓或血管阻塞。”Motta說(shuō)。

研究人員在綿羊身上測(cè)試了該瓣膜的即時(shí)功能。綿羊是一個(gè)很好的動(dòng)物模型，原因是綿羊和人類心臟內(nèi)部的物理力量相似，此外，綿羊的心臟也代表了心臟瓣膜的“極端”環(huán)境，因?yàn)榫d羊的鈣代謝更快，這增加了鈣沉積的風(fēng)險(xiǎn)，這是心臟瓣膜接受者的常見(jiàn)并發(fā)癥。

外科醫(yī)生將瓣膜植入兩只羊體內(nèi)，并在一小時(shí)內(nèi)用超聲波監(jiān)測(cè)瓣膜的位置和功能。兩個(gè)瓣膜都成功植入，并立即發(fā)揮作用，但一只羊的瓣膜在幾分鐘后就脫落了——研究人員認(rèn)為，這是因?yàn)榘昴さ拇笮〔贿m合動(dòng)物。在第二只羊身上，瓣膜在一個(gè)小時(shí)內(nèi)顯示出良好的功能，尸檢分析表明，沒(méi)有出現(xiàn)撕裂或血栓形成的并發(fā)癥，細(xì)胞已經(jīng)開(kāi)始滲透并黏附在瓣膜上。

接下來(lái)，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在更長(zhǎng)的時(shí)間和更多的羊身上測(cè)試新瓣膜的性能。Peters說(shuō)：“我們想看看我們的瓣膜在幾周到幾個(gè)月的時(shí)間里功能如何，以及綿羊的細(xì)胞和組織對(duì)支架的重塑多有效、多快?！?/p>

“開(kāi)發(fā)一種能用于患者的藥物是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，而且應(yīng)該是漫長(zhǎng)的，在把某些東西植入人體之前，你必須在很多動(dòng)物身上做實(shí)驗(yàn)。”P(pán)arker說(shuō)。（來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào) 馮維維）

人工制作的心臟瓣膜的概念圖。圖片來(lái)自作者

相關(guān)論文信息：http://doi.org/10.1016/j.matt.2023.05.025

來(lái)源：《物質(zhì)》、中國(guó)科學(xué)報(bào)