下一代心脏瓣膜植入时的准确功能和再生成持久的心脏组织

来源：

哈佛大学威斯生物工程研究所

概述：

医学研究人员今天宣布了一项跨机构的团队努力，以产生功能性心脏瓣膜置换与修复，再生和增长的能力。该团队还致力于研发一个GMP级版本的可定制的，可扩展的，具有成本效益的制造过程，使这一技术能够部提供给大的患者人群。此外，新的心脏瓣膜将兼容微创手术，为儿童和成人患者服务。

人类心脏每年跳动约3500万次，通过四种不同的心脏瓣膜有效地将血液泵入血液循环。不幸的是，每年超过四百万人的这些脆弱的组织失灵，导致出生缺陷，以及与年龄相关的恶化，感染，导致心脏瓣膜病。

今天，临床医生使用人工假体或固定的动物和尸体来源的组织，以取代有缺陷的部分。虽然这些假体可以恢复心脏的功能一段时间，但他们一般会出现不良合并症，并且容易磨损，需要侵入性和昂贵的手术中更换。此外，在儿童中，植入心脏瓣膜假体需要更换更频繁，因为他们不能与孩子一同成长。

由哈佛大学的威斯生物工程研究所Kevin Kit Parker Ph.D.领导的一个小组，最近研制出一种纳米纤维制造技术，能够快速制造心脏瓣膜的再生和增长潜力。在一篇发表在生物材料的论文中，Andrew Capulli博士和他的同事，制作了阀形纳米纤维网络来模拟自体瓣膜的细胞外基质（ECM）的机械和化学性能。为了实现这一目标，团队使用派克实验室专有的旋转喷气纺纱技术——一个旋转喷嘴将ECM解决方案挤入到心脏瓣膜形心轴周围的纤维中。“我们的设置就像一个非常快的棉花糖机，可以旋转一系列的合成和自然发生的材料。在这项研究中，我们使用合成聚合物和ECM蛋白的组合物来制备生物相容性的JetValves，植入后有血管流动学上的能力。重要的是，我们可以很快地制造出适合人类大小的jetvalves—比其他再生修复快得多。”Parker说。

为了进一步开发和测试jetvalves的临床潜力，帕克的团队与瑞士的苏黎世大学M.D. Simon P. Hoerstrup博士的翻译团队合作，是一个与威斯研究所合作的机构。作为一个在再生心脏假体的领导者，Hoerstrup和他的团队之前开发了再生、组织工程心脏瓣膜替代机械固定组织心脏瓣膜。在Hoerstrup的方法中，人体细胞直接在生物可降解支架上积累形成再生层的复杂对抗，形如心脏瓣膜和血管。然后将活细胞从支架中除去，从而产生“现成的”基于人体的基质假体，以便植入。

在论文中，该跨学科的团队成功地在绵羊体内植入jetvalves，利用微创技术，并且显示在循环中再生新组织功能正常。“在我们以前的研究中，这些细胞衍生的ECM涂层支架可以从接收的动物的心脏中再生细胞，支持细胞增殖，细胞基质重塑，组织再生，甚至动物的生长。虽然这些是安全和有效的，制造仍然很复杂，并且昂贵的人类细胞必须在严格监管的条件下培养很长一段时间。jetvalve的更快的制造过程可以在这方面改变游戏规则。如果我们能在人类体内复制这些结果，这项技术可以减少重新操作数，有不可估量的好处。”Hoerstrup说。

在这些翻译工作的支持下，威斯生物启发工程和苏黎世大学今天宣布了一项跨机构团队的努力，以研发功能性心脏瓣膜置换与修复、再生和生长能力。该团队还致力于一个GMP级版本的可定制的，可扩展的，具有成本效益的制造过程，使该科技能够应用到大的患者人群。此外，新的心脏瓣膜将兼容微创手术，为儿童和成人患者服务。

该项目将由帕克和Hoerstrup共同领导。帕克是Wyss研究所的核心成员和哈佛约翰A.保尔森工程与应用科学学院（SEAS）Tarr家族的生物工程与应用物理学教授。Hoerstrup是苏黎世大学再生医学学院主席及董事（IREM），最近成立的威斯翻译中心苏黎世主任和Wyss研究所副教授。

因为jetvalves可以按照所有需要的形状和尺寸下生产，并在数秒至数分钟内产生，团队的目标是提供定制的，随时可用的再生心脏瓣膜，并且成本比目前其他的方法更快和更低。

“实现微创，低成本的再生心脏瓣膜的目标可能会对患者的生活产生巨大的影响，跨越年龄，社会和地理界限。再次，我们的合作团队结构结合了各个专业独特和领先的专业技术，比如生物工程、再生医学、外科创新业务，有了威斯学院和我们的合作伙伴，我们就有可能推进技术的发展，以一种在传统的学术实验室中不可能的方式。”威斯研究所主任Donald Ingber，M.D.，Ph.D.说，他也是在HMS的血管生物学教授Judah Folkman，波士顿儿童医院的血管生物学计划，以及海洋生物工程学教授。