Тканевая инженерия клапанов сердца: новые возможности и перспективы

Протезирование клапанов сердца представляет собой наиболее распространенный метод хирургической коррекции клапанных пороков сердца в конечной стадии. Основными недостатками всех современных искусственных клапанов являются отсутствие их роста, возможности ремоделирования и способность к дегенерации. Для преодоления этих ограничений в последнее десятилетие современная наука уделяет все большее значение альтернативе клапанных протезов — тканевой инженерии клапанов сердца. Основная идея метода заключается в использовании децеллюляризированной ксеногенной, аллогенной матрицы или биополимерных материалов с последующим посевом на них аутологичных клеток в специальных условиях, созданных в биореакторе. Данный обзор литературы посвящен новому перспективному направлению экспериментальной кардиохирургии — тканевой инженерии клапанов сердца, которая уникально сочетает в себе биологические, инженерные и технологические достижения.

Традиционные искусственные клапаны сердца

Заболевания сердечно-сосудистой системы — основная причина смертности населения. Значительная их часть представлена пороками сердца. Увеличение числа паци­ентов, нуждающихся в коррекции этих пороков, оцени­вается примерно в 3 раза, возрастая с 290 000 в 2003 г. до более 850 000 к 2050 г. [1].

За последние 30 лет стандартные методы хирургическо­го лечения поражения клапанного аппарата сердца изме­нились незначительно. Протезирование клапанов сердца механическими или биологическими протезами по-пре­жнему остается основным методом лечения больных с поражениями клапанов сердца на конечной стадии.

Механические протезы клапанов в основном изготавли­ваются из пиролитического углерода в сочетании с метал­лическими и полимерными компонентами. Несмотря на прочность, эти устройства имеют ряд недостатков, связанных как с самим клапаном (например, образо­вание тромбов, развитие эндокардита, что происходит преимущественно на поверхности инородных искусст­венных материалов, тромбоэмболических осложнений), так и с необходимостью длительной, пожизненной антикоагулянтной терапии [2]. Примером побочных действий антикоагулянтной терапии служит развитие геморраги­ческих кровотечений, часто возникающих у лиц, ведущих физически активный образ жизни. Большим недостатком механических протезов является отсутствие способности к росту, значительно ограничивающее их использование в хирургии врожденных пороков сердца.

Увеличение числа пациентов старшего возраста в когор­те кардиохирургических больных в западноевропейских странах определило тенденцию к большему использова­нию биологических искусственных клапанов сердца [3]. Разработанные в 60-х годах XX века, как правило живот­ного происхождения, глютаральдегид-фиксированные клапаны стали более надежными в использовании и ком­мерчески доступными в 70-е годы. Срок эксплуатации данных протезов клапанов, изготавливаемых из клапа­нов сердца свиньи или бычьего перикарда, составляет 10—18 лет [4]. Со временем они подвергаются дегенера­ции и кальцифицированию. Через 15 лет после имплан­тации биологических протезов клапанов 65% пациентов в возрасте до 60 лет нуждаются в повторных операциях [5]. Такие биологические искусственные клапаны могут быть рекомендованы для хирургического лечения паци­ентов старше 65 лет, без необходимости пожизненно­го применения антикоагулянтов в послеоперационном периоде [6].

К этой же группе клапанов можно отнести аллотранс­плантаты (также называемые гомографтами), трансплан­тируемые пациенту от донора, и аутотрансплантаты, т.е. полученные из аутологичных тканей пациента [7]. Примером может служить аутографт легочной артерии, используемый при операции Росса. Он обладает пре­восходными гемодинамическими характеристиками, отсутствием необходимости антикоагулянтной тера­пии, достаточной устойчивостью к инфекциям. В случае аллографтов ограниченная долговечность и способность к деградации с возрастом может быть вызвана многи­ми причинами, такими, как иммунный ответ организма или прогрессивное изменение имплантированного алло­трансплантата за счет развития фиброзной ткани. При имплантации кондуита в позицию легочной артерии про­блемой также является возможность аневризматического изменения его в проксимальном отделе или стенозирования дистальной части кондуита.

Пятилетняя состоятельность гомографта после реконс­трукции им выводного тракта правого желудочка у детей до первого года жизни ограничивается 25%, для реци­пиентов от 1 до 10 лет жизни — 61%, а для детей старше 10 лет, она составляет 81% [8]. В дополнение к этому имеются определенные трудности в организации банков гомографтов и в достаточном их обеспечении.

Таким образом, традиционно используемые протезы клапанов сердца не идеальны, причем ни один из их видов не обладает способностью к росту. Обладая последним, искусственные клапаны сердца смогли бы обеспечить детей возможностью обходиться без повторных операций на протяжении последующей жизни [9]. Все это побудило исследователей к поиску новых, альтернативных путей в решении проблем хирургической и интервенционной реконструкции клапанов сердца.

Новый подход к разработке «аутологичных» клапанов сердца предлагает метод тканевой инженерии. Он заклю­чается в создании искусственных клапанов с использова­нием аутологичных клеток и внеклеточного матрикса или искусственных биоактивных материалов, имитирующих натуральный внеклеточный матрикс (рис. 1). Это позво­ляет добиться гистологического строения конструкции, подобного нативному клапану. Четкое представление структуры клапана, а также характерных особенностей типов клеток является необходимым для успешного при­менения принципов тканевой инженерии в создании кла­панов сердца.

Рисунок 1. Трехмерная синтетическая матрица клапана сердца (по [28]).

Тканевая инженерия клапанов сердца

Тканевая инженерия объединяет научные исследо...

Бобылев Д.О., Чеботарь С., Тудораке И., Хаверих А.