美国和瑞士的科学家开发出一种廉价的方法，可以在几分钟内制造出心脏瓣膜，植入绵羊体内后立即发挥作用。 该研究最近发表在《》杂志上。
据统计，全球有1200万心脏瓣膜患者，每年有近100万人因此死亡。 特别是患有心脏瓣膜疾病的儿童通常需要进行心脏手术来更换瓣膜。 然而，现有的心脏瓣膜置换术不允许瓣膜随着年龄的增长而生长，需要患者在不同阶段重复这种高风险的手术。
肺心瓣由 3 个部分重叠的小叶组成，这些小叶随着每次心跳打开和关闭。 它们负责控制血液通过心脏的单向流动，每次心跳时生活网报道，它们完全打开以允许血液向前流动，然后完全关闭以防止血液回流。
为了制造这种阀门，研究人员使用气流喷射将液体聚合物引导到阀门形状的框架上，形成微小纤维的无缝网络。 这些瓣膜被设计为临时性和可再生性的，它们为细胞提供了多孔支架，以渗透、扩张并最终取代可生物降解的聚合物。
“这种方法的两大优势是速度和空间保真度，”共同第一作者、美国哈佛大学和瑞士苏黎世大学的生物物理学家莎拉·莫塔说。 “我们可以制造非常小的纳米级纤维，模仿心脏瓣膜细胞生长的细胞外基质，并在几分钟内形成完整的瓣膜，而使用当前技术可能需要数周或数月的时间。”
莫塔将这种方法称为“集中旋转喷射纺纱”，类似于运行“后面有鼓风机的棉花糖机”。 虽然需要进行长期的体内研究来测试瓣膜的耐用性，但他们已经在绵羊身上实现了1小时的血流有效控制。
“细胞在纳米尺度上生长，3D打印无法做到这一点，但新技术可以建立纳米尺度的空间支架，这样当细胞渗透到支架中时，它们会感觉像是在心脏瓣膜中，而不是合成支架中。这里面有一定的技巧。”
该团队使用模仿心跳的脉冲复制器测试了瓣膜的强度、弹性以及重复打开和关闭的能力。
“正常的心脏瓣膜在人的一生中会经历数十亿次的打开和关闭周期，并且它们不断受到拉伸和刺激，”合著者哈佛大学说。 “它们需要非常有弹性才能承受这些机械刺激形状，并且它们必须足够坚固以承受血液试图回流的背压。”
研究人员还在瓣膜上培养了心脏细胞，以测试其生物相容性，并观察细胞穿透支架的能力。 “由于阀门与血液直接接触，我们需要检查材料是否会导致血栓或堵塞，”莫塔说。
研究人员测试了羊瓣膜的直接功能。 绵羊是一个很好的动物模型，因为它的心脏内的物理力与人类心脏相似，而且绵羊心脏也代表了心脏瓣膜的“极端”环境——绵羊对钙的代谢速度更快，增加了钙沉积的风险。 这是心脏瓣膜接受者的常见并发症。
外科医生将瓣膜植入两只羊体内，并使用超声波在一个多小时内监测它们的位置和功能。 两个瓣膜均成功植入并立即发挥作用，但其中一只羊的瓣膜几分钟后就脱落了。 研究人员认为这是因为阀门的尺寸不适合动物。 在第二只羊中，瓣膜在一小时内似乎功能良好，尸检分析显示没有撕裂或血栓形成的并发症，并且细胞已经开始渗透并粘附在瓣膜上。
接下来，该团队计划在更长的时间内和更多的羊身上测试新阀门的性能。 “我们想看看瓣膜在几周到几个月内的功能如何，以及羊的细胞和组织重塑支架的速度和效果如何，”博士说。
他说：“开发一种可用于患者的药物是一个漫长的过程，你必须在动物身上进行测试才能将某种药物用于人体。” （冯丽菲）
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