人工心臓弁
最後に見直したもの： 19.11.2021
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人工心臓弁はどのように発展していますか？
三次元のバルブ構造、ならびに遺伝子の発現を調節シグナルの使用を表す合成または天然の吸収性骨格（行列）で沈降及び生細胞（線維芽細胞、幹細胞など）の培養の考えに基づいている組織工学の科学的概念、組織と生産性は、移植します細胞外マトリックスの形成の期間中、
このような人工心臓弁は、最終的な修復およびその構造および機能のさらなる維持のために、患者の組織と一体化される。同時に、細胞（線維芽細胞、筋線維芽細胞など）の機能の結果として、新しいコラーゲンエラスチン骨格またはより正確には細胞外マトリックスが初期マトリックス上に形成される。結果として、組織工学の方法によって作成された最適な人工心臓弁は、その解剖学的構造および機能により、天然のものに近づき、生体力学的適合性、修復および成長能力を有するべきである。
組織工学は、細胞収穫の様々な源を使用して人工心臓弁を開発する。したがって、異種移植細胞または同種異系細胞を使用することができるが、前者は、ヒトへの人畜共通感染のリスクと関連している。抗原性を低下させ、生物の拒絶反応を防止することは、同種細胞の遺伝子改変によって可能である。組織工学は、細胞生産の信頼できる供給源を必要とする。この供給源は、患者から直接採取された自家細胞であり、再移植時に免疫応答を与えない。有効な人工心臓弁は、血管（動脈および静脈）由来の自己細胞に基づいて製造される。純粋な細胞培養物を得るために、蛍光活性化細胞選別（FACS）の使用に基づく方法が開発されている。血管由来の混合細胞集団を、内皮細胞の表面に選択的に吸収されるアセチル化低密度リポタンパク質マーカーで標識する。その後、内皮細胞は、平滑筋細胞、筋線維芽細胞および線維芽細胞の混合物によって表される、血管に由来する大部分の細胞から容易に分離され得る。動脈または静脈である細胞源は、最終構造物の特性に影響を与える。したがって、コラーゲン形成および機械的安定性の程度に関して、静脈細胞で播種したマトリックスを有する人工心臓弁は、動脈細胞によって播種された構造を上回る。末梢静脈の選択は、細胞収穫のより便利な供給源であるようである。
筋線維芽細胞は、頸動脈から採取することもできる。同時に、血管から得られた細胞は、それらの天然の間質細胞と本質的に異なる。自己由来の臍帯細胞は、細胞の代替供給源として使用することができる。
幹細胞に基づく人工心臓弁
近年の組織工学の進歩は、幹細胞研究によって促進されている。赤色骨髄の幹細胞の使用には利点があります。特に、バイオマテリアルサンプリングの簡便性およびインビトロでの培養とその後の様々なタイプの間葉系細胞への分化は、無傷の血管の使用を回避することを可能にする。幹細胞は、多能性の細胞芽細胞源であり、同種異系の状態での安定性に寄与する独特の免疫学的特徴を有する。
ヒト骨髄幹細胞は、腸骨稜の胸骨穿刺または穿刺によって得られる。これらを10〜15mlの胸骨吸引液から単離し、他の細胞から分離して培養する。（通常21-28日以内に）所望の細胞数に達するとマトリックスにおけるそれらの播種（コロニー形成）が（5％CO2の存在下で37℃で加湿インキュベーターで7日間）静止位置培地で培養される作り出します。その後のkupturalnuyu環境を介して細胞増殖の刺激（生物学的刺激）または生理学的条件パルス等角再生装置における変形中の組織成長の作成を通じて - バイオリアクター（機械的刺激）。線維芽細胞は、それらの増殖および機能的活性を促進する機械的刺激に感受性である。脈動流は、半径方向および円周方向の変形の両方を増加させ、そのような応力の作用方向に配置された細胞の配向（伸長）を導く。これは、次に、フラップの配向繊維構造の形成につながる。一定の流れは壁に接線応力のみを生じさせる。拍動流は、細胞形態、増殖および細胞外マトリックスの組成に有益な効果を有する。栄養培地の流れの性質、バイオリアクター内の物理化学的条件（pH、pO2およびpCO2）もまた、コラーゲンの産生に有意に影響を及ぼす。したがって、層流、周期的渦電流は、改善された機械的特性をもたらすコラーゲンの生成を増加させる。
組織構造を成長させる別のアプローチは、人体の生理学的条件をモデル化するのではなく、バイオリアクターに胚の状態を作り出すことである。幹細胞に基づいて培養された組織バイオカップは、高圧および生理学的レベルを超える流量にさらされたときに機能的に良好に挙動する可動およびプラスチック弁を有する。これらの構造の小葉の組織学的および組織化学的研究は、マトリックス中の活発に進行する生分解プロセスおよび生存可能な組織によるその代用の存在を示した。細胞外マトリックスタンパク質の特性上に配置されたファブリックラミネート型、コラーゲンI型およびIIIの存在によって、及びグリコサミノグリカンの天然の組織のような特性。しかしながら、弁の典型的な3層構造 - 心室、海綿および繊維層 - は得られなかった。すべての断片で検出されたビメンチンを発現するASMA陽性細胞は、筋線維芽細胞の特徴と同様の特徴を有していた。内皮細胞 - 細胞素子の電子顕微鏡は、生存、活性な分泌型筋線維芽細胞（アクチン/ミオシンフィラメント、糸コラーゲン、エラスチン）及び布地表面上の特徴であることが見出されています。
バルブには、I、III型、ASMAおよびビメンチンの襟が見つかりました。組織の羽の機械的特性および天然構造は同等であった。組織人工心臓弁は、20週間優れた性能を示し、それらの微細構造、生化学的プロフィールおよびタンパク質マトリックスの形成のための天然の解剖学的構造に似ていた。
組織工学の方法によって得られた全ての人工心臓弁は、それらの機械的特性が大動脈位の負荷に対応していないので、動物によって肺位置に移植された。動物から移植された組織弁は、その構造が天然のものと構造的に類似しており、インビボ条件下でのそれらのさらなる発達および再構成を示す。動物実験で観察されるように、人工心臓弁が移植された後、組織再構築および成熟のプロセスが生理学的状態で継続するかどうか、さらなる研究が示される。
それは、細胞の成長のために不可欠であるため、理想的な人工心臓弁は、栄養素や細胞の代謝生成物の除去の配信を90％未満ではないの気孔率を持っている必要があり、生体適合性および生分解性に加えて、人工心臓弁は、細胞表面に接種し、機械的に適合するように化学的に良好でなければなりません天然の組織の特性。マトリックスの生分解のレベルは、特定の時間の機械的安定性を保証するために、制御され、新しい組織の形成レベルに比例しなければならない。
現在、合成および生物学的マトリックスが開発されている。マトリックスを作製するための最も一般的な生物学的材料は、ドナーの解剖学的構造、コラーゲンおよびフィブリンである。ポリマーの人工心臓弁は、移植された細胞がそれ自身の細胞外マトリックスネットワークを生成し、組織し始めるとすぐに、移植後に生分解するように設計されている。新しいマトリックス組織の形成は、成長因子、サイトカインまたはホルモンによって調節または刺激され得る。
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ドナー人工心臓弁
それらの免疫原性を減らすためにdetsellyulyarizatsiiによって、ヒトまたは動物や細胞抗原を欠いから得られたドナー人工心臓弁は、行列として使用することができます。細胞外マトリックスの保存されたタンパク質は、その後に播種される細胞の接着の基礎である。細胞要素を除去するための以下の方法がある（atsellyulyarizatsii）：凍結、治療トリプシン/ EDTA、洗剤 - ドデシル硫酸ナトリウム、ナトリウムdeoksikolatom、トリトンX-100、MEGA 10、TnBR CHAPS、ツイーン20、ならびに多段階酵素処理方法。これは、細胞膜、核酸、脂質、細胞質構造とコラーゲンとエラスチンの保存可溶性マトリックス分子を除去します。しかし、理想的な方法はまだ見つかっていません。ドデシル硫酸ナトリウム（0.03-1％）またはデオキシコール酸ナトリウム（0.5-2％）のみが、24時間の処理後に完全に細胞を除去した。
実験動物（イヌおよびブタ）で組織学的検査遠隔detsellyulyarizovannyh bioklapanov（同種移植片及び異種移植片）は、塩基当たり部分の内方成長及び内皮筋線維芽細胞の受信者が存在することを石灰化の兆候を示しませんでした。中等度の炎症性浸潤が認められた。しかしながら、脱細胞化されたSynerGraft（商標）弁の臨床試験では、早期不全が発症した。バイオプロテーゼのマトリックスにおいて、顕著な炎症反応が決定され、これは最初は非特異的であり、リンパ球反応を伴った。バイオプロテーゼの機能不全および変性は、1年以内に発症した。細胞のコロニー形成は細胞内では観察されなかったが、弁の石灰化および着床前の細胞破片が検出された。
インビトロおよびインビボ条件下で無細胞マトリックスと培養播種された内皮細胞は、フラップの表面上にコヒーレントな層を形成し、間質細胞は、分化のための能力を示したネイティブ構造を接種しました。しかし、バイオリアクターの動的条件に失敗したマトリックス細胞における植民地化の所望の生理学的レベルを達成するために、および移植人工心臓弁を伴う加速、細胞増殖と細胞外マトリックスの形成に十分な速さ（3ヶ月）肥厚を伴っていました。従って、この段階で、細胞によるそれらのコロニー形成のためのドナー無細胞マトリックスの使用は、作業detsellyulyarizovannymiのバイオプロテーゼの8免疫および感染性性質を含む未解決の問題の数が継続しています。
コラーゲンはまた、生物分解可能なマトリックスの製造のための潜在的な生物学的材料の1つであることに留意すべきである。これは、フォーム、ゲルまたはプレート、スポンジの形態で、および繊維ベースのプリフォームとして使用することができる。しかしながら、コラーゲンの使用は、多くの技術的困難に関連している。特に、患者から入手することは困難である。したがって、現時点では、ほとんどのコラーゲンマトリックスは動物由来である。動物のコラーゲンの生分解の遅延は、人獣共通感染症のリスクを増大させ、免疫および炎症反応を引き起こす可能性がある。
フィブリンは、生物分解の特性が制御された別の生物学的材料である。フィブリンゲルは、その後の自己マトリックスの製造のために患者の血液から作製することができるので、そのような構造の移植は、その毒性分解および炎症反応を引き起こさない。しかしながら、フィブリンは、環境への拡散および浸出および低い機械的特性などの欠点を有する。
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合成材料で作られた人工心臓弁
人工心臓弁も合成材料で作られている。バルブマトリックスを製造するいくつかの試みがポリグラクチン、ポリグリコール酸（PGA）、polilakticheskoy酸（PLA）、PGAおよびPLA（PLGA）及びポリヒドロキシアルカノエート（PHA）の共重合体の使用に基づいていました。高度に多孔性の合成材料は、織られたまたは不織の繊維および塩浸出技術を用いて得ることができる。ポリ-4-ヒドロキシブチレート（R4NV）でコーティングされた不織布ループポリグリコール酸（PGA）、から誘導されるマトリックスの製造のための複合材料（PGA / R4NV）が有望。この材料から製造された人工心臓弁は、エチレンオキシドで滅菌される。しかし、重要な初期剛性およびこれらのポリマーのループの厚さは、その迅速かつ制御不能な分解は酸性の細胞毒性産物の放出を伴う、さらなる調査を必要とし、他の材料を検索します。
自己組織培養プレートを使用して、これらの細胞の産生を刺激することにより、支持マトリックスを形成するために、フレーム上で培養筋線維芽細胞は、細胞外マトリックスに囲まれた活性バルブ生細胞を有するサンプルを得ました。しかしながら、これらの弁の組織の機械的性質は、それらの移植には十分ではない。
生成された弁の組織の必要な増殖および再生レベルは、細胞とマトリックスを組み合わせるだけでは達成できない。細胞遺伝子の発現および組織形成は、成長因子、サイトカインまたはホルモン、分裂促進因子またはマトリックスおよびマトリックス中の接着因子の添加によって調節または刺激することができる。これらの調節因子をマトリックスの生体材料に導入する可能性が研究されている。一般的に、生化学的刺激による組織弁形成のプロセスの調節に関する研究は著しく欠如している。
無細胞ブタ異種行列P肺バイオプロテーゼは、抗生物質治療、デオキシコール酸ナトリウムおよびアルコール国際標準化機構によって採用されたこの処理方法からなる特殊特許AutoTissue社手順によって治療detsellyulyarizovannoy織物を含む、すべての生体細胞とpostkletochnye構造（線維芽細胞、内皮細胞を排除し、細菌、ウイルス、真菌、マイコプラズマ）は、細胞外マトリックスのアーキテクチャを保持し、それはミニムする組織においてDNA及びRNAのレベルを低下させます ブタ内在性レトロウイルス（PERV）人物の送信の確率をゼロに減少させるMA、。行列Pのバイオプロテーゼは、排他的にコラーゲンと保存構造の統合とエラスチンで構成されています。
羊に実験中、特に、心内膜のその光沢内面に現れ、その生存の良好な性能を有する移植Pマトリックスバイオプロテーゼ後11ヶ月で、周囲の組織からの最小の反応を記録しました。実際、炎症反応、弁膜の肥厚および短縮はなかった。マトリックスP生体プロテーゼ組織の低カルシウムレベルも記録され、その差は、処理されたグルタルアルデヒドと比較して統計的に有意であった。
行列P人工心臓弁は、移植後数ヶ月のために、個々の患者の条件に適合しています。基準期間の終了時の研究で、無傷の細胞外マトリックスとドレイン内皮を明らかにしました。ステップロスに移植異種移植マトリックスR 2002年から2004年までの期間に先天的欠陥を有する50人の患者で行わ、グルタルアルデヒドで処理し、凍結保存及びdetsellyulyarizovannymi同種移植SynerGraftMT、及びフレームレスバイオプロテーゼと比較して優れた性能と低transvalvular圧力勾配を示しています。行列P先天性の手術の右心室流出路の再建中に肺動脈弁置換用の人工心臓弁と、取得した欠陥やロス手術における肺動脈弁プロテーゼは、4つのサイズ（内径）で入手可能である：幼児（15〜17ミリメートル）子供（18〜21ミリメートル）、中間（22〜24ミリメートル）と大人（25〜28ミリメートル）。
組織工学に基づいてバルブの開発の進捗状況は、胚発生の研究と（血管新生および神経性要因を含む）バルブの年齢、各バルブのバイオメカニクスの正確な知識（遺伝子発現の問題や規制を含む）バルブ細胞生物学の成功に依存した細胞を決済するために十分な識別します最適なマトリックスの開発。より高度な組織弁のさらなる発展のために、本来の弁及びインセンティブ（生物学的または機械的）の機械的および構造的特性との関係の完全な理解は、インビトロでこれらの特性を再現します。