Ученые разработали искусственные кровеносные сосуды, способные расти вместе с организмом, в который они имплантированы. Отчет о работе был опубликован в журнале Nature Communications. В последние десятилетия сильно возросло количество хирургических операций, связанных с коррекцией врожденных дефектов сердца.
К счастью, эти дефекты, 30 лет назад приводившие к неминуемой смерти, сегодня можно успешно скорректировать — смертность в ходе операций не превышает 2%.
Для реконструкции или замены кровеносных сосудов, клапанов и сердечных камер используются либо ткани человека, либо синтетические материалы. Последние не лишены недостатков, один из них — нулевой потенциал роста. Однако многие из операций проводятся еще в детском возрасте, и, следовательно, по мере роста ребенка искусственные сосуды подлежат регулярной замене.
«Ребенку приходится перенести около пяти операций на открытом сердце, чтобы заменить старый сосуд на подходящий по размеру, — рассказывает Роберт Транквилло, профессор биомедицинской инженерии в Миннесотском университете и один из авторов исследования. — Это невероятная пытка для пациента и его семьи». Тем не менее пока что такая трансплантация была оптимальным выходом. Целью группы ученых из Миннесотского университета было разработать такой материал для трансплантатов, который мог бы расти вместе с пациентом.
Подопытными животными для эксперимента ученые выбрали трех молодых барашков.
Для создания «растущих» сосудов исследователи сначала поместили взятые из овечьей кожи фибробласты — клетки соединительной ткани — в специальную трубку, а затем ввели питательные вещества в окружавшую клетки жидкость, провоцируя их рост. В итоге клетки сформировали слой, повторяющий форму трубки, при этом окружив себя запасами белков (в том числе коллагена, необходимого для дальнейшего растяжения). Далее ученые избавились от самих клеток, оставив только белковый «каркас».
Они рассчитывали, что это предотвратит отторжение трансплантата, которое происходит, когда иммунная система распознает пересаженный орган как инородное тело и стремится от него избавиться.
Новые сосуды пересадили пятинедельным ягнятам. После трансплантации белковую трубку наполнили собственные клетки ягнят. Имплантаты росли вместе с парнокопытными подопытными — на снимках УЗИ, которые ученые делали на протяжении последующих 50 недель, было видно, что сосуды увеличиваются пропорционально росту самих ягнят.
Ученые наблюдали за барашками чуть больше года. За это время ягнята выросли в 4–5 раз и не испытали никаких негативных побочных эффектов от пересадки. После этого исследователи извлекли имплантаты и осмотрели их. За прошедшее время они увеличились в длину и ширину в полтора раза и функционировали так же, как нормальные артерии у взрослых животных.
У подобного подхода есть ряд преимуществ по сравнению с другими экспериментальными методами, в основе которых лежит выращивание новых сосудов из собственных клеток пациента. Такие имплантаты (их называют аутогенными трансплантатами) дорого стоят, и их создание занимает больше времени — ведь их приходится выращивать для каждого пациента отдельно. А однократная биопсия кожи, как сообщает Транквилло, способна дать основу для тысяч искусственных сосудов. А потому как живые клетки из трансплантата удаляются в первую очередь, организм не станет его отторгать.
Польза применения новой технологии очевидна. Только в России ежегодно появляются на свет, по разным данным, от 10 до 20 тысяч малышей с врожденными пороками сердца. Использование «растущих» сосудов позволит снизить расходы на операции и даст шанс выжить большему количеству детей.
«С клинической точки зрения все это выглядит привлекательно, — отмечает Пол де Бланк, тканевый инженер из Батского университета. — Большой плюс в том, что используется бесклеточный имплантат. Это значит, что такие сосуды можно будет запустить в массовое производство и они будут доступны хирургам тогда, когда в них возникнет необходимость, и их создание не будет так зависеть от финансирования и временных рамок, как создание клеточных».
«Тканевая инженерия способна преодолеть ограничения существующих способов лечения врожденных нарушений сердечно-сосудистой системы», делают вывод авторы исследования. Но, несмотря на впечатляющие результаты, к экспериментам на людях они пока не готовы. Сперва они собираются обсудить свою работу с кардиологами и американским Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов, чтобы решить, какие дальнейшие лабораторные исследования необходимо провести перед тем, как переходить к клиническим испытаниям на людях. Также команда работает над созданием более сложных кровеносных сосудов, включающих клапаны.