The technology of creating heart valves using the child's own umbilical cord cells

Full Text

Одна из основных проблем современной кардиохирургии - протезирование клапанов сердца у детей с врожденными пороками. Синтетические протезы кроме известных общих недостатков (тромбообразованиие, разрушение форменных элементов крови, реакция ткани на инородное тело) не могут изменять размер с ростом ребенка и подлежат замене через каждые 5 лет, что не может, не отразиться на здоровье и качестве жизни [2, 4, 7]. В настоящее время идет активный поиск новых материалов и технологий для создания протезов сердечных клапанов нового поколения.

Методы тканевой инженерии позволяют создавать трехмерные эквиваленты сердечных клапанов с использованием как синтетических материалов (PGA), так и биологических (бесклеточный матрикс клапанов свиньи) с нанесенными на них различными типами клеток [1, 3, 6]. В качестве клеточного материала в конструкциях для создания клапанов используют мультипотентные мезенхимальные клетки костного мозга, гемопоэтические стволовые клетки, ядросодержащую фракцию костного мозга, эндотелиальные клетки, миобласты и фибробласты [5]. Полученная тканеинженерная конструкция обычно помещается в биореактор в условия пульсирующей струи для правильной ориентации мышечных волокон и синтеза внеклеточного матрикса, что значительно укрепляет графт и приближает условия культивирования к естественным (кровоток) [8].

Стремление исследователей к созданию эквивалентов тканей из аутогенных клеток обусловлено лучшей приживляемостью трансплантата, отсутствием иммунных реакций и риска генетической и микробной контаминации, что делает технологию привлекательней, но одновременно и усложняет ее. Поскольку тканеинженерные клапаны часто необходимы детям с врожденными пороками развития, то альтернативой клеткам костного мозга может служить клеточный материал, выделенный из внезародышевых органов, таких как плацента или пуповина.

В журнале Annals of Thoracic Surgery опубликовано исследование немецких авторов, где впервые описана технология создания тканеинженерной конструкции трехмерных эквивалентов сердечных клапанов с использованием инертных материалов и криконсервированных клеток пуповины человека.

Основу тканеинженерной конструкции составил губчатый биорезорбируемый полимер на основе полигидроксибутирата (poly-4-hydroxybutyrate), из которого был изготовлен носитель для культуры клеток в виде трехстворчатого клапана. Клетки, выделенные из стенки артерии пуповины человека имели фибробласт-подобную морфологию и иммунофенотип CD31-/CD90⁺/SMA⁺/collagen-I⁺/collagen-IV⁺. То есть, данную культуру клеток можно охарактеризовать как миофибробласты или смесь гладких миоцитов [экспрессия гладкомышечного а-актина) и фибробластов [CD90+, экспрессия фибронектина), но не эндотелиальные (CD31-/VWF). Клетки были криоконсервированы в жидком азоте. Спустя некоторое время клетки были разморожены и нанесены на образцы клапанов в количестве 20-30 млн клеток на образец. Спустя 7 дней статического культивирования часть образцов была помещена в пульсирующий биореактор и культивирована в нем еще 14 суток. После чего образцы были исследованы с акцентом на тканевую архитектонику, характеристику внеклеточного матрикса и механическую прочность.

По данным гистологического исследования, все образцы представляли собой мышечные пласты на биоматериале, причем те образцы, которые были помещены в пульсирующий биореактор, имели структурированное направление мышечных пучков в соответствии с линиями нагрузки, чего не произошло в статических образцах. При иммуногистохимическом исследовании во всех образцах отмечалась экспрессия клетками гладкомышечного а-актина [SMA⁺), количество коллагена I и IV типов было выше в образцах, культивированных в проточном пульсирующем биореакторе. Механическая прочность была значительно выше в образцах, культивируемых в биореакторе.

Таким образом, исследователями разработана технология создания аутогенных эквивалентов сердечных клапанов для детей, включающих в себя диагностику, получение клеточного материала, культуры клеток, их криоконсервирование, создание тканеинженерной конструкции при наступлении страхового случая. Авторы продемонстрировали создание только мышечной стенки клапана с достаточными механическими свойствами. Нанесение на эту конструкцию эндотелиальных клеток пуповины позволит создать полноценный эквивалент клапана сердца, способный к росту. По мере биодеградации графт будет полностью замещен собственными клетками и будет способен к росту в организме ребенка. Кроме усовершенствования конструкции in vitro, исследователям предстоит испытать прочность и функциональность графта в организме животных. При современном развитии пренатальной диагностики, технологий криохранения клеток и их последующего культивирования метод имеет большое клиническое будущее.

About the authors

A. V. Volkov

Author for correspondence.
Email: redaktor@celltranspl.ru
Russian Federation

References

Supplementary files