인공 심장 판

임상 적으로 사용 가능한 현대의 인공 폐 심장 판막은 폐동맥 이식편을 제외하고는 성장과 조직 회복의 가능성이없는 비 생존 가능한 구조이다. 이것은 특히 어린이의 병리학 적 교정에서 어린이의 사용에 상당한 제한을 부과합니다. 조직 공학은 지난 15 년 동안 형성되었습니다. 이 과학적 방향의 목적은 thrombo 내성 표면 및 실행 가능한 간질을 지닌 인공 심장 판막과 같은 구조의 인공적인 조건에서의 창조입니다.

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인공 심장 판막은 어떻게 개발 되었습니까?

조직 공학 과학적 개념은 이식 유전자 조직 및 생산성의 발현을 조절하는 입체 밸브 구조뿐만 아니라 신호의 사용을 나타내는 합성 또는 천연 흡수성 골격에 (행렬) (세포 등의 줄기, 섬유 아세포) 침전 및 살아있는 세포 배양의 아이디어에 기초 세포 외 기질의 형성 기간 동안

이러한 인공 심장 판막은 최종 복원 및 구조 및 기능의 추가 유지를 위해 환자의 조직과 통합됩니다. 따라서, 작동 세포 (섬유 아세포 및 근섬유 등.) 새로운 프레임 kollagenoelastinovy 또는보다 정확하게는, 세포 외 매트릭스의 결과로서, 초기 행렬. 결과적으로, 조직 공학 방법에 의해 만들어진 최적의 인공 심장 판막은 해부학 적 구조와 기능에 의해 원래의 인공 심장 판막에 접근하고 생체 역학적 적응력, 회복력 및 성장 능력을 가져야합니다.

조직 공학은 세포 수확의 다양한 소스를 사용하여 인공 심장 판막을 개발합니다. 따라서, 이질적 또는 동종의 세포가 사용될 수 있지만 전자는 사람에게 동물 군이 전염 될 위험이있다. 항원 성을 감소시키고 유기체의 거부 반응을 방지하기 위해서는 동종 세포의 유전 적 변형이 가능하다. 조직 공학은 신뢰할 수있는 세포 생산 원천이 필요합니다. 이 소스는 환자에게서 직접 채취 한자가 생성 세포이며 재 이식 중에는 면역 반응을 나타내지 않습니다. 효과적인 인공 심장 판막은 혈관 (동맥과 정맥)에서 파생 된자가 세포를 기반으로 생산됩니다. 순수한 세포 배양 물을 얻기 위해, FACS (fluorescent activated cell sorting)의 사용에 기초한 방법이 개발되었다. 혈관으로부터 유래 된 혼합 세포 집단은 내피 세포의 표면에 선택적으로 흡수되는 아세틸 화 된 저밀도 지단백질 마커로 표지된다. Endotheliocytes은 평활근 세포, myofibroblasts 및 섬유 아 세포의 혼합물로 표시됩니다 혈관에서 파생 된 세포의 대량에서 이후 쉽게 분리 수 있습니다. 동맥 또는 정맥이 될 수있는 세포의 원천은 최종 구조의 특성에 영향을 미칩니다. 따라서, 콜라겐 형성 및 기계적 안정성의 정도의 관점에서, 정맥 세포로 파종 된 매트릭스를 갖는 인공 심장 판막은 동맥 세포에 의해 뿌려진 구조를 능가한다. 말초 정맥의 선택은 세포 수확의보다 편리한 원천 인 것으로 보인다.

근섬유 아세포는 경동맥에서도 가져올 수 있습니다. 동시에, 혈관으로부터 얻어진 세포는 본질적인 간질 세포와 본질적으로 상이하다. 자가 탯줄 세포는 세포의 대체 공급원으로 사용될 수 있습니다.

줄기 세포를 기반으로 한 인공 심장 판막

최근 몇 년 동안 조직 공학의 발전은 줄기 세포 연구에 의해 촉진되었습니다. 붉은 골수 줄기 세포의 사용에는 장점이 있습니다. 특히, 생체 물질 샘플링의 단순성과 다양한 종류의 중간 엽 세포로의 차별화 된 체외 배양으로 손상되지 않은 혈관의 사용을 피할 수 있습니다. 줄기 세포는 다 능성의 세포 세균원으로 동종이 조건에서의 안정성에 기여하는 독특한 면역 학적 특성을 가지고 있습니다.

인간의 골수 줄기 세포는 흉골 천공이나 천공에 의해 얻어집니다. 그들은 10-15 ml의 흉골 흡 인물로부터 분리되고 다른 세포와 분리되어 배양됩니다. 목적하는 세포 수 (보통 내의 21-28 일)에 도달하면, 매트릭스에서의 조 (콜로니)를 (5 % CO2의 존재하에 37 ℃에서 가습 인큐베이터에서 7 일간) 고정 위치에서 배지를 배양 생산. 생물 반응기 (기계적 자극) - 아이소 펄스 재생 장치에서의 변형 중에 조직 성장의 생성을 통해 kupturalnuyu 환경 (생물학적 자극) 또는 생리 학적 조건을 통해 세포 성장 후 자극. 섬유 아세포는 성장과 기능적 활동을 촉진시키는 기계적 자극에 민감합니다. 맥동 유동은 방사형 및 원주 형 변형 모두를 증가시켜, 그러한 응력의 작용 방향으로 배치 된 세포의 배향 (신장)을 유도한다. 이것은 차례로 플랩의 방향성 섬유 구조의 형성을 유도한다. 일정한 흐름은 벽에 접선 응력 만 발생시킵니다. 맥동하는 흐름은 세포 형태, 증식 및 세포 외 기질의 조성에 유익한 효과를 갖는다. 생물 반응기의 영양 배지 흐름 물리 화학적 조건 (PH, 산소 분압 및 pCO2를)의 특성도 크게 콜라겐의 생산에 영향을 미친다. 따라서 층류,주기적인 맴돌이 전류는 콜라겐 생성을 증가시켜 기계적 특성을 향상시킵니다.

조직 구조를 성장시키는 또 다른 접근법은 인체의 생리 조건을 모델링하는 대신에 생물 반응기에 배아 조건을 만드는 것입니다. 줄기 세포를 기반으로 배양 된 조직 바이오 캡은 고압 및 생리적 수준을 초과하는 흐름에 노출되었을 때 기능적으로 잘 작동하는 움직일 수있는 플라스틱 밸브를 가지고 있습니다. 이러한 구조물의 전단지에 대한 조직 학적 및 조직 화학적 연구는 매트릭스의 생체 분해 과정을 적극적으로 진행하고 생존 가능한 조직으로 대체하는 존재를 나타냈다. 세포 외 기질 단백질, 콜라겐 유형 I 및 III의 존재에 의해 천연 조직의 특성 등의 특성에 배치 된 적층형 구조 및 글리코 사 미노 글리 칸. 그러나 심실, 해면상 및 섬유층의 전형적인 3 층 구조의 밸브는 얻어지지 않았다. 모든 단편에서 발견 된 vimentin을 발현하는 ASMA 양성 세포는 근섬유 아세포의 특성과 유사한 특성을 나타냈다. 내피 세포 - 세포 소자의 전자 현미경은 생존 활성 분비 근섬유 (액틴 / 미오신 필라멘트 원사 콜라겐, 엘라스틴) 및 직물 표면의 특성 인 것으로 밝혀졌다.

I, III 형, ASMA 및 vimentin의 고리가 밸브에서 발견되었습니다. 조직의 날개와 고유 구조의 기계적 성질은 비슷했다. 조직 인공 심장 판막은 20 주 동안 우수한 성능을 보여 주었고 미세 구조, 생화학 적 프로파일 및 단백질 매트릭스의 형성을 위해 자연 해부학 구조와 닮았습니다.

조직 공학 방법으로 얻어진 모든 인공 심장 판막은 그 기계적 특성이 대동맥 위치의 하중과 일치하지 않기 때문에 동물에 의해 폐 위치로 이식되었다. 동물에서 이식 된 조직 밸브는 구조적으로 구조가 원래의 것과 유사하여 생체 내 조건에서의 추가 발달 및 재 배열을 나타냅니다. 동물 실험에서 관찰 된대로 인공 심장 판막을 이식 한 후에 생체 조건에서 조직 재구성과 성숙 과정이 계속 될 지에 대한 자세한 연구가 이루어질 것입니다.

는 생체 적합성과 생분해 성뿐만 아니라 세포 성장, 영양소와 세포 신진 대사 제품의 제거의 배달을 위해 필수적이기 때문에 이상적인 인공 심장 판막이 90 % 이상의 다공성을 가져야한다, 인공 심장 밸브는 세포 표면에 접종하고 기계적으로 준수하기 위해 화학적으로 유리한해야 자연 조직의 성질. 매트릭스의 생분해 수준은 특정 시간 동안 기계적 안정성을 보장하기 위해 새로운 조직의 형성 수준에 비례하여 제어되어야합니다.

현재 합성 및 생물학적 매트릭스가 개발 중입니다. 기질을 만드는 가장 일반적인 생물학적 물질은 기증자 해부 구조, 콜라겐 및 섬유소입니다. 폴리머 인공 심장 판막은 이식 된 세포가 자체 세포 외 기질 네트워크를 만들고 구성하기 시작하는 즉시 이식 후 생분해되도록 고안되었습니다. 새로운 매트릭스 조직의 형성은 성장 인자, 사이토 카인 또는 호르몬에 의해 조절되거나 자극 될 수있다.

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인공 심장 판막 기증자

인체 또는 동물에서 유래 된 인공 심장 판막을 기증하고 세포질 항원을 제거하여 면역 원성을 감소 시키면 기질로 사용할 수 있습니다. 세포 외 기질의 보존 된 단백질은 파종 된 세포의 후속 접착을위한 기초가됩니다. 셀룰러 요소를 제거하기위한 다음과 같은 방법이있다 (atsellyulyarizatsii) 동결 처리 트립신 / EDTA, 세제 - 소듐 도데 실 설페이트, 소듐 deoksikolatom, 트리톤 X-100, MEGA 10 TnBR CHAPS, 트윈 20,뿐만 아니라 다단계 효소 처리 방법. 동시에 콜라겐과 엘라스틴이 유지되는 동안 세포막, 핵산, 지질, 세포질 구조 및 가용성 매트릭스 분자가 유지됩니다. 그러나 이상적인 방법은 아직 발견되지 않았다. 도데 실 황산나트륨 (0.03-1 %) 또는 나트륨 데 옥시 콜레이트 (0.5-2 %)만이 24 시간 처리 후 완전한 세포 제거를 가져왔다.

원격 조직 학적 검사 detsellyulyarizovannyh bioklapanov (동종 및 이종 이식) 실험 동물 (개, 돼지)의 부분적인 증식이 있음을 보여 주었다 및 내피 세포 형성은,베이스 당 석회화의 흔적을받는 사람을 근섬유 아세포 없습니다. 보통의 염증성 침윤이 나타났다. 그러나, 탈 세포화 된 SynerGraftTM 밸브의 임상 시험에서 조기 기능 부전이 발생했습니다. 생체 인공 기관의 매트릭스에서 뚜렷한 염증 반응이 확인되었는데, 처음에는 비특이적이었고 림프구 반응이 동반되었다. 생체 인공 삽입물의 기능 장애 및 변성은 1 년 이내에 발생합니다. 세포의 집락은 세포에서 관찰되지 않았지만, 밸브의 석회화 및 이식 전 세포 찌꺼기가 검출되었다.

내피 세포 시딩 무 세포 기질 및 시험 관내에서 상기 날개의 표면에 간섭 층을 형성 생체 내 조건에서 배양하고, 기본 구조 접종 간질 세포는 분화 능력을 보여 주었다. 그러나, 생물 반응기의 동적 조건에서 실패 매트릭스 세포에서 식민지의 원하는 생리적 수준을 달성하고, 이식 된 인공 심장 판막 인해 가속 세포 증식 및 세포 외 기질 형성에 충분히 빨리 (삼개월)의 비후를 동반했다. 따라서,이 단계에서 세포에 의해 그들의 식민지에 대한 기증자 무 세포 행렬의 사용은 작업 detsellyulyarizovannymi의 38.8⁑15.9 세의 8 면역 및 감염 자연을 계속 포함 미해결 문제의 번호가 있습니다.

콜라겐은 생분해가 가능한 매트릭스의 제조를위한 잠재적 인 생물학적 물질 중 하나이기도합니다. 폼, 젤 또는 플레이트, 스폰지의 형태로 사용할 수 있으며 섬유 기반의 예비 성형품으로 사용할 수 있습니다. 그러나 콜라겐의 사용은 많은 기술적 어려움과 관련이 있습니다. 특히, 환자에게서 얻기가 어렵습니다. 따라서, 현재 대부분의 콜라겐 매트릭스는 동물 기원이다. 동물성 콜라겐의 생분해 지연은 동물 군 감염 위험을 증가시켜 면역 학적 및 염증 반응을 유발할 수 있습니다.

피브린은 생분해 특성이 통제 된 또 다른 생물학적 물질입니다. 피브린 젤은자가 매트릭스의 후속 제조를 위해 환자의 혈액으로부터 만들 수 있기 때문에 그러한 구조물의 이식은 독성 저하 및 염증 반응을 일으키지 않습니다. 그러나, 섬유소는 환경으로의 확산 및 용출 및 낮은 기계적 특성과 같은 단점을 갖는다.

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합성 재료로 만들어진 인공 심장 밸브

인공 심장 판막은 또한 합성 물질로 만들어졌습니다. 밸브 매트릭스를 제조하기 위해 여러 시도가 polyglactin의 사용에 기초하여, 폴리 글리콜 산 (PGA), polilakticheskoy 산 (PLA), PGA 및 PLA (PLGA) 및 폴리 하이드 록시 알 카노 에이트 (PHA)의 공중 합체. 고도의 다공성 인 합성 재료는 직포 또는 부직포 섬유 및 염 침출 기술을 사용하여 얻을 수 있습니다. 매트릭스 제조용 유망 복합 재료 (PGA / P4HB)는 폴리 -4- 하이드 록시 부티레이트 (P4HB)로 코팅 된 비 코팅 폴리 글리콜 산 (PGA) 루프로부터 얻어졌다. 이 물질로 제조 된 인공 심장 판막은 산화 에틸렌으로 멸균됩니다. 그러나, 산성 세포 독성 생성물의 방출과 함께 이들 중합체의 루프의 상당한 초기 강성 및 두께, 신속하고 제어되지 않는 분해는 추가 연구 및 다른 물질의 탐색을 필요로한다.

이러한 세포의 생산을 자극하여지지 매트릭스를 형성하기 위해 프레임에서 배양 된자가 조직 배양 플레이트의 근섬유를 사용하여 세포 외 기질에 의해 둘러싸인 활성 밸브 생존 세포 샘플을 수득 하였다. 그러나,이 밸브의 조직의 기계적 특성은 이식에 충분하지 않습니다.

생성 된 밸브의 조직의 증식 및 재생의 필요한 수준은 세포와 매트릭스를 결합하는 것만으로는 달성 될 수 없다. 세포 유전자의 발현 및 조직 형성은 성장 인자, 사이토 카인 또는 호르몬, 분열 촉진 인자 또는 매트릭스 및 매트릭스의 부착 인자의 첨가에 의해 조절되거나 자극 될 수있다. 매트릭스의 생체 적합 물질에 이들 조절제를 도입 할 가능성이 연구되고있다. 일반적으로, 생화학 적 자극에 의한 조직 판 형성 과정의 조절에 대한 연구가 크게 부족하다.

무 세포 돼지 이종 행렬 P 폐동맥 판막은 항생제 치료, 소듐 데 옥시 콜레이트 및 알코올 국제 표준화기구에 의해 채택이 처리 방법 이루어진 특별한 특허 AutoTissue GmbH의 절차에 의해 처리 detsellyulyarizovannoy 직물을 포함하는, 모든 살아있는 세포 postkletochnye 구조 (섬유 아세포, 내피 세포를 없애 세균, 바이러스, 진균류, 마이코 플라스마)는 세포 외 기질의 구조는 그것이 미님하는 조직에서 DNA와 RNA의 수준을 감소 유지 돼지 내인성 레트로 바이러스 (PERV) 사람의 전송 확률을 제로로 감소 mA. 행렬 P의 판막이 독점적으로 콜라겐과 보존 구조적 통합과 엘라스틴으로 구성되어 있습니다.

양에 대한 실험 도중 Matrix R 생체 인공 삽입물을 이식 한 지 11 개월 만에 주변 조직으로부터의 최소 반응이 생존율이 좋았으며, 특히 내막의 반짝이는 내면에 나타났습니다. 실제로, 염증 반응, 밸브 플랩의 농축 및 단축은 없었다. Matrix P 생체 인공 삽입 조직의 칼슘 농도가 낮게 기록되었지만 그 차이는 치료 된 글루 타르 알데하이드와 비교하여 통계적으로 유의했다.

매트릭스 P 인공 심장 밸브는 이식 후 몇 개월에 대한 개별 환자의 조건에 적응하고 있습니다. 참조주기의 끝에서 연구에서, 세포 외 기질을 그대로 드레인 내피 밝혀. 로스가 2002 년부터 2004 년까지의 기간 선천성 결손 (50 개)에서 시행 단계에서 주입 이종 행렬 R은 글루 타르 알데히드로 처리하여 동결 보존하고 detsellyulyarizovannymi 동종 SynerGraftMT 및 틀는 38.8⁑15.9 비해 우수한 성능과 낮은 transvalvular 압력 구배를 도시하고있다. 행렬 P 선천성의 수술 우심실 유출 재구성시 폐동맥 판막 치환술 인공 심장 밸브, 취득한 결함 로스 과정에서 폐 밸브 보철물 네 크기 (내경)에 주문 가능 유아 (15-17 mm ) 어린이 (18-21mm), 중간 (22~24mm)과 성인 (25-28mm).

조직 공학에 기초하여 밸브의 개발 진행, 배아의 연구와 (혈관 및 신경 인성 요소 포함) 밸브의 나이, 각 밸브의 생체 역학의 정확한 지식 (유전자 발현 문제 및 규제 포함) 밸브 세포 생물학의 성공에 따라 세포를 정착하기위한 적절한 식별합니다 최적 행렬의 개발. 더 나은 직물 밸브를 개발하기 위해서는 시험관에서 이러한 특성을 재현하기 위해 고유 밸브 및 자극 (생물학적 및 기계적)의 기계적 및 구조적 특성 간의 관계에 대한 완전한 이해가 필요합니다.

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