Болезни сердца и сосудов стабильно лидируют по числу смертей во всем мире. При острых сосудистых нарушениях спасти пациента может трансплантация кровеносного сосуда.
Путем пересадки можно обойти поврежденную артерию и обеспечить поступление кислорода к связанному органу (например, к сердцу).
Однако уровень совместимости традиционных сосудистых «протезов» не позволяет использовать трансплантацию в качестве долгосрочной методики.
Совсем недавно появилась разработка, которая имеет шанс произвести революцию в современной сосудистой хирургии. Ученые создали комбинированный материал, имитирующий естественную структуру сосуда.
Сердце и сосуды: немного теории
Работа сердца заключается в перекачивании крови по замкнутой кровеносной системе. Сложнейшая сосудистая сеть обеспечивает снабжение кровью всех органов и систем человеческого тела. В сосудистую сеть входят артерии, вены и сосуды микроциркулярного русла (артериолы, капилляры, венулы). Суммарная длина всех кровеносных сосудов взрослого человека превышает 100 тыс. км.
Для сравнения: длина окружности Земли по экватору составляет около 40 тыс. км. Соответственно, проделав путь в 100 тыс. км, можно дважды обогнуть Землю вдоль экваториальной параллели.
Стабильная работа сердечно-сосудистой системы – залог жизнедеятельности всех органов и систем организма. Перемещаясь по замкнутому сосудистому пути, кровь:
- доставляет к тканям кислород и питательные вещества;
- удаляет из тканей углекислый газ и отходы метаболизма.
Когда необходимо протезировать сосуды
Закупорка или повреждение одного из крупных сосудов приводит к острому нарушению кровоснабжения связанного с ним органа. Нарушение кровоснабжения влечет за собой повреждение и гибель функциональных тканей.
Если речь идет об одной из коронарных артерий, «ответственных» за кровоснабжение сердечной мышцы, результатом закупорки становится инфаркт миокарда (ИМ, сердечный приступ). Итогом ИМ становится более или менее выраженное ослабление сердечной мышцы.
При обширном инфаркте избежать гибели пациента помогает трансплантация сердца и сосудов. В такой ситуации хирурги прибегают к помощи аутотрансплантатов – собственных кровеносных сосудов человека (часто для этой цели используют сосуды нижних конечностей).
Однако иногда в сосудистой хирургии возникает потребность в искусственных «протезах» сосудов. Свойства подобных имплантированных артерий не позволяют долгосрочно интегрировать их с естественными тканями.
Еще одно показание к протезированию сосудов (помимо острых сосудистых катастроф) — сахарный диабет. Протезирование при СД позволяет компенсировать сосудистые осложнения длительной гипергликемии.
«Живые» протезы сосудов от международного исследовательского консорциума
Интернациональное исследовательское объединение на базе университета Сиднея представило актуальную разработку в области протезирования сосудов. Результаты были размещены в журнале Advanced Materials.
Ученые создали технологию получения материала, имитирующего структуру естественного кровеносного сосуда человека.
В теории, искусственно созданные имплантаты позволяют в кратчайшие сроки восстановить поврежденный участок сосудистой сети. При этом результат достигается относительно быстро и сохраняется на неопределенный срок.
Впервые технология «живых протезов» была упомянута в рамках докторской диссертации доктора Зию Ванга из Центра Чарльза Перкинса при университет Сиднея. Зию Ванг, ведущий разработчик и специалист в области биоинжиниринга, в свою очередь опирался на результаты более ранней научной работы доктора Сюзанны Митье. Изыскания доктора Митье также проводились на базе Центра Чарльза Перкинса
Немного о строении сосуда
Стенки «живого» кровеносного сосуда человека состоят из трех оболочек, в каждой из которых можно выделить свои составные элементы.
Однако, говоря о структуре сосудистой стенки в контексте данной статьи, достаточно упомянуть:
- ряды расположенных по кругу волокон эластина – белка соединительной ткани, отвечающего за способность стенки растягиваться;
- слои гладких мышц, контролирующих процесс расширения/сужения сосуда.
Такое комбинированное строение обеспечивает сосудам гибкость и прочность одновременно, позволяя изменять диаметр сосуда в большую или меньшую сторону при колебаниях скорости тока крови.
Синтезированные сосуды: из чего они сделаны
В рамках исследования для получения сосудистых имплантатов применяли всего два типа биосырья, которые способны приживаться в организме человека. Один из них – тропоэластин, природный мономер, предшественник эластина.
Первый компонент покрывают второй добавочной эластичной оболочкой.
Первоначально эта «капсула» служит матрицей для роста, далее она самопроизвольно рассасывается, стимулируя формирование высокоорганизованных природных «биопротезов». По словам доктора Ванга, «эти протезы способны полноценно имитировать работу «живых» кровеносных сосудов».
Первые испытания
На сегодняшний день доступны результаты доклинических тестов, проводившихся на лабораторных животных. В рамках испытаний была проведена трансплантация биоматериала в абдоминальную аорту мыши (самую большую артерию брюшной полости, по которой кровь от сердца поступает к органам и конечностям).
В отчете исследователи отмечают, что материал прижился в организме животного, при этом в необходимых зонах сформировались новые клеточные и тканевые структуры, буквально превратив «протез-шаблон» в живой сосуд.
На протяжении 8 недель отдельные природные клеточные элементы и клетки прилежащих тканей сформировали колонии на базе имплантированной структуры.
8 месяцев спустя организм принял зрелые волокна, и сосуд приобрел характеристики живой здоровой аорты.
Преимущества синтезированных сосудов-шаблонов
Среди недостатков традиционных технологий производства синтетических материалов для сосудистой хирургии можно выделить:
- сложность техпроцесса;
- долгий производственный цикл;
- высокую стоимость.
Ученые утверждают, что процесс производства сырья для сосудов-шаблонов будет:
- относительно быстрым;
- четко регламентированным с точки зрения выделения и стандартизации отдельных операций.
Весомым преимуществом новой технологии можно считать и то, что изготовленный протез-шаблон достаточно поместить в стерильную упаковку из пластика. Там его можно хранить без какого-либо риска вплоть до трансплантации.
Резюме
Новая технология сопровождается многими вопросами, на которые авторам необходимо дать ответы до старта клинических испытаний. Однако ученые смотрят в будущее с оптимизмом, полагая, что потенциал их разработки будет полноценно реализован в ходе решении задач сосудистой хирургии.