人工心脏器官或可随患者一起“成长” 学术资讯

缝合的三叶瓣膜的外部视图。

研究人员利用组织工程和再生医学制造了可与受者一起生长的心脏瓣膜。

当地时间3月17日，美国明尼苏达大学的科学家们在《科学转化医学》杂志上发表论文称，他们利用组织工程和再生医学的手段，在实验室中制造了一种新型心脏瓣膜。在植入幼龄羔羊一年后，这种心脏瓣膜可与其“宿主”共同生长。相比其他动物源性瓣膜，它显示出钙化减少和血液流动功能改善等优势；而且它可保存至少6个月，为外科医生提供“现成”的治疗选择。

如果这项突破性的新技术也能用于人类，每年将帮助成千上万的先天性心脏缺陷患儿。

论文的通讯作者、明尼苏达大学生物医学工程系、化学工程和材料科学系的教授Robert Tranquillo说：“这是小儿心脏研究的一大步。我们第一次将人工瓣膜植入到了大型动物模型——一只羔羊中，并证明其可与动物一起生长至成年。”

目前，研究人员还未开发出能够生长并维持小儿患者功能的心脏瓣膜，因此，这些患儿只能选择由化学处理过的动物组织制成的瓣膜。但动物瓣膜会因钙化而功能失调，也不会随着孩子一起生长，需要定期更换。这些患儿通常要接受多达五次（或更多）的心脏手术，直到成年后植入机械瓣膜，此后还要一直服用血液稀释剂。

这次开发的心脏瓣膜完美解决了上述问题。首先，研究人员将绵羊的皮肤细胞添加到明胶样的纤维蛋白材料中，制成血管，并使用生物反应器提供细胞生长所需的营养物质。然后，他们用特殊的洗涤剂将所有的绵羊细胞从组织样血管中清洗，留下了植入时不会引起免疫反应的无细胞胶原基质。这意味着血管可以储存、植入，而不需使用受体细胞进行定制生长。

接下来，研究人员将三根直径约16 mm的血管缝成一个闭合的环，稍作修剪，形成瓣叶，完美复制了直径约19 mm的心脏瓣膜结构。

为了验证这个三叶瓣膜能否像真正的心脏瓣膜一样工作并随着受体生长，研究人员将其植入到了三只羔羊的肺动脉。52周后，瓣膜再生，受体羔羊的细胞填充了基质，瓣膜直径从19 mm增加到了25 mm，达到了正常生理瓣膜的直径，且瓣叶长度也增加了17~34%。此外，三叶瓣膜几乎没有发生钙化或血液凝固的现象。

接下来，研究人员将模仿最常见的外科修复方法，将三叶瓣膜直接植入右心室，并着手筹备人体临床试验。“如果有一天我们能将这些瓣膜用于心脏缺陷的患儿，就有可能减少他们的手术次数。这将对他们的家庭和社会产生巨大的影响，”Tranquillo总结道。

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编译：花花

审稿：西莫

责编：陈之涵

期刊来源：《科学转化医学》

期刊编号：1946-6234

原文链接：

https://medicalxpress.com/news/2021-03-lab-created-heart-valves-recipient.html