《科学转化医学》实验室制造的心脏瓣膜可以和受者一起生长

明尼苏达大学双子城分校科学与工程学院和医学院的研究人员领导的一项突破性的新研究首次表明，实验室制造的心脏瓣膜植入幼龄羔羊一年后，在受者体内能够生长。与目前使用的动物源性瓣膜相比，这种瓣膜也显示出钙化减少和血液流动功能改善。

如果在人类身上得到证实，这些新的心脏瓣膜可以防止每年出生的成千上万有先天性心脏缺陷的儿童反复进行瓣膜替换手术。这些瓣膜还可以保存至少6个月，这意味着它们可以为外科医生提供一个“现成”的治疗选择。

这项研究今天发表在美国科学促进会(AAAS)的跨学科医学杂志《科学转化医学》上。阀门制造程序也获得了明尼苏达大学创业公司Vascudyne, Inc.(静水，明尼苏达州)的专利和许可。

这项研究的高级研究员、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罗伯特·特兰奎洛(Robert Tranquillo)说:“这是小儿心脏研究的一大步。”“这是首次证明将瓣膜植入大型动物模型，在我们的案例中是一只羔羊，可以与动物一起成长到成年。”我们还有很长的路要走，但这让我们在未来儿童临床试验的道路上走得更远。我们很兴奋，也很乐观，因为这有可能在未来几年成为现实。”

目前，研究人员还没有能够开发出一种能够生长并维持小儿患者功能的心脏瓣膜。对于这些患有心脏缺陷的儿童来说，唯一可接受的选择是由经过化学处理的动物组织制成的瓣膜，这些瓣膜通常会因钙化而功能失调，因为它们不会随着孩子一起生长而需要更换。这些孩子通常需要忍受多达五次(或更多)的心脏手术，直到成年后机械瓣膜被植入心脏。这要求他们在余生中服用血液稀释剂。

在这项研究中，特兰奎洛和他的同事们使用了组织工程和再生医学的混合方法来制造不断生长的心脏瓣膜。在8周的时间里，他们使用了一种专门的组织工程技术，这种技术是他们之前开发的，可以在实验室里用产后供者的皮肤细胞生成类似血管的管子。为了开发这种试管，研究人员将捐赠的绵羊皮肤细胞放入一种名为纤维蛋白的明胶样材料中，制成试管，然后使用生物反应器提供细胞生长所需的营养物质。

然后，研究人员用特殊的洗涤剂将所有的绵羊细胞从组织状的试管中洗掉，留下的是无细胞的胶原基质，植入后不会引起免疫反应。这意味着试管可以储存和植入，而不需要使用受体细胞进行定制生长。

下一步是精确地将三个管子(直径约16毫米)缝成一个闭合的环。然后，研究人员将它们稍作修剪，形成瓣叶，以复制直径约19毫米的心脏瓣膜的结构。

的视频:https://www.youtube.com/watch?v=zpRbFsAVofA

“在这些最初的步骤之后，它看起来像一个心脏瓣膜，但问题是它是否能像心脏瓣膜一样工作，它是否能生长，”特兰奎洛说。“我们的研究结果证实了这两点。”

第二代三管瓣膜被植入了三只羔羊的肺动脉。52周后，瓣膜再生，其基质由受体羔羊细胞填充，直径从19 mm增加到生理正常瓣膜约25 mm。研究人员还发现，从超声图像测量的瓣叶长度增加了17%到34%。此外，研究人员还发现，三管瓣膜比现有的动物瓣膜工作得更好，几乎没有钙化或血液凝固现象，而其他瓣膜在移植到同龄的羔羊身上后显示出来。

“从先前的研究我们知道,工程管有能力再生和羔羊生长在不断增长的模式,但最大的挑战是如何保持传单功能越来越装有阀的管道,经过一年4000万次,“说Zeeshan Syedain,这项研究的首席研究员和明尼苏达大学高级研究助理在安静的实验室。“当我们看到瓣膜在一整年里从幼小的羊羔到成年的绵羊都能很好地工作时，这非常令人兴奋。”

https://www.youtube.com/watch?v=rme9CZgRgsg

安静地说,下一步是tri-tube阀直接植入心脏右心室模拟最常见的外科修复的过程,然后开始请求批准美国食品和药物管理局(FDA)进行人体临床试验在未来几年。

“如果有一天我们能批准这些瓣膜用于儿童，这将对患有心脏缺陷的儿童和他们的家庭产生巨大的影响，他们必须应对多次手术带来的巨大压力，”特兰奎洛说。“我们有可能将这些孩子需要接受的手术次数从5次减少到1次。这是梦想。”

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除了特兰奎洛和赛登，研究小组还包括比·海尼(独立承包商);明尼苏达大学研究人员Sandra L. Johnson和Greeshma Thrivikraman(生物医学工程)、James Berry、Richard Bianco、John p. Carney和Matthew Lahti(实验外科服务);李继荣(机械工程);Ryan C. Hill和Kirk C. Hansen(科罗拉多大学安舒茨医学院)。

该研究由美国国立卫生研究院(R01 HL107572)资助。

要阅读题为“由成纤维细胞产生的细胞外基质制成的儿科三管有瓣导管在生长羔羊中评估超过52周”的研究论文全文，请访问科学转化医学网站。