Wissenschaftler sagen: „Baumwolle

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In einem neuartigen Durchbruch haben Wissenschaftler eine kostengünstige Technik erfunden, mit der sich Herzklappen in nur wenigen Minuten herstellen lassen. Bemerkenswerterweise waren diese Herzklappen direkt nach dem Einsetzen in Schafe funktionsbereit.

Das Forscherteam hat diese Technik „Focused Rotary Jet Spinning“ genannt, ähnlich einer Zuckerwattemaschine, die von einem Haartrockner unterstützt wird. Obwohl umfangreichere In-vivo-Forschung erforderlich ist, um die Langlebigkeit dieser Klappen zu bewerten, haben sie den Blutfluss bei Schafen eine Stunde lang erfolgreich reguliert.

Dieser bahnbrechende Prototyp wurde gerade in der Zeitschrift Matter veröffentlicht.

„Die beiden großen Vorteile unserer Methode sind Geschwindigkeit und räumliche Treue“, erklärt Erstautor Michael Peters. „Wir können wirklich kleine Fasern – im Nanomaßstab – erzeugen, die die extrazelluläre Matrix nachahmen, in der Herzklappenzellen normalerweise leben und wachsen, und wir können volle Klappen in wenigen Minuten drehen, im Gegensatz zu derzeit verfügbaren Technologien, die das dauern können.“ Wochen oder Monate dauern.“

Die Zusammensetzung der pulmonalen Herzklappen besteht aus drei halb überlappenden Klappen oder Blättchen, die bei jedem Pulsschlag des Herzens schwanken. Diese Blättchen spielen eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung eines unidirektionalen Blutflusses im Herzen. Sie öffnen sich bei jedem Herzschlag vollständig, um den Vorwärtsfluss des Blutes zu erleichtern, und schließen sich dann vollständig, um einen Rückfluss zu verhindern.

Um die Ventile herzustellen, verwenden Forscher Luftstrahlen, um flüssiges Polymer auf einen Rahmen in Form eines Ventils zu leiten, wodurch ein nahtloses Geflecht aus mikroskopisch kleinen Fasern entsteht.

Diese Ventile sind absichtlich temporär und regenerativ. Sie bieten eine poröse Grundlage, die die Infiltration und Ansammlung von Zellen ermöglicht. Während sich das Polymer auf natürliche Weise zersetzt, wird es nach und nach von den Zellen übernommen und ersetzt.

„Zellen arbeiten auf der Nanometerskala, und der 3D-Druck kann nicht bis zu dieser Ebene reichen, aber fokussiertes Rotationsstrahldrehen kann dort räumliche Hinweise im Nanometermaßstab setzen, so dass sich Zellen, wenn sie in dieses Gerüst hinaufkriechen, so anfühlen, als ob sie dort wären.“ in einer Herzklappe, nicht in einem synthetischen Gerüst“, fügt der leitende Autor Kit Parker hinzu. „Da steckt eine gewisse Trickserei dahinter.“

Die Gruppe untersuchte die Haltbarkeit, Flexibilität und wiederkehrende Öffnungs-/Schließfähigkeit der Ventile. Zur Durchführung dieser Tests verwendeten sie einen Pulsduplikator, ein Gerät, das den rhythmischen Schlag des Herzens nachahmt.

„Eine normale Herzklappe funktioniert ein Leben lang Milliarden von Zyklen, sodass sie ständig gezogen, gedehnt und stimuliert wird“, fügt Peters hinzu. „Sie müssen sehr elastisch sein und trotz dieser mechanischen Reize ihre Form behalten, und sie müssen auch stark genug sein, um dem Gegendruck des Blutes standzuhalten, das versucht, nach hinten zu fließen.“

Darüber hinaus kultivierten sie Herzzellen auf den Klappen, um deren Kompatibilität mit biologischen Systemen zu bewerten und die Wirksamkeit der Zellinfiltration in die Gerüststrukturen festzustellen.

„Klappen stehen in direktem Kontakt mit Blut, daher müssen wir prüfen, ob das Material keine Thrombosen oder Verstopfungen der Blutgefäße verursacht“, ergänzt Erstautorin Sarah Motta.

Anschließend untersuchten sie die unmittelbare Wirksamkeit dieser Klappen bei Schafen, die sich aus mehreren Gründen hervorragend als Tiermodell eignen. Die Dynamik im Herzen von Schafen und Menschen ist ziemlich ähnlich, und das Schafsherz stellt aufgrund des schnellen Kalziumstoffwechsels der Art eine herausfordernde Umgebung für Herzklappen dar, was die Wahrscheinlichkeit der Bildung von Kalziumablagerungen erhöhen kann, ein häufiges Problem bei Herzklappenempfängern .

Das Team implantierte diese Klappen erfolgreich bei zwei Schafen und beurteilte eine Stunde lang ihre Positionierung und Leistung mithilfe von Ultraschall. Beide implantierten Klappen funktionierten sofort; Bei einem Schaf kam es jedoch nach einiger Zeit zu einer Ausrenkung einer Klappe, was Forscher vermuten, dass dies an einem Größenunterschied lag. Die Klappe des zweiten Schafes zeigte eine Stunde lang eine zufriedenstellende Leistung, und eine Obduktion ergab keine Komplikationen wie Brüche oder Blutgerinnselbildung. Es wurde auch beobachtet, dass Zellen bereits begonnen hatten, in die Klappe einzudringen und dort zu kleben.

Zukünftig beabsichtigt das Team, umfassendere Tests der Ventilleistung über längere Zeiträume und an einer größeren Anzahl von Schafen durchzuführen.

„Wir wollen sehen, wie gut unsere Klappen über einen Zeitraum von Wochen bis Monaten funktionieren und wie effektiv und schnell die Zellen und Gewebe der Schafe das Gerüst tatsächlich umbauen“, fügt Peters hinzu.

„Es ist eine lange Arbeit, etwas zu entwickeln, das einem menschlichen Patienten verabreicht werden kann, und es sollte langwierig sein“, fügt Parker hinzu. „Man muss viele Tiere behandeln, bevor man einem Menschen etwas gibt.“

Bildquelle: Getty