Дефект сердечного клапана – вторая по распространенности форма сердечных заболеваний. В большинстве случаев происходит сужение аортального клапана, но часто может поражаться и митральный клапан. Протезы значительно увеличивают продолжительность жизни больных. Хотя биопротезы клапанов сердца имеют некоторые преимущества перед механическими, они могут относительно быстро кальцифицироваться, что ограничивает срок их полезного использования. Команда исследователей из Института керамических технологий и систем им. Фраунгофера IKTS пытается предотвратить такую кальцификацию с помощью новой химической предварительной обработки биопротезов.
Если сердечный клапан перестает нормально открываться и закрываться, его часто необходимо заменить на искусственный. В настоящее время наблюдается тенденция к использованию биологических клапанов, поскольку они не требуют от пациента приема разжижающих кровь препаратов, таких как Marcumar. Механические клапаны, с другой стороны, требуют пожизненной обработки антикоагулянтами. Обратной стороной биопротезов, которые изготавливают либо из клапанов аорты свиньи, либо из ткани перикарда крупного рогатого скота, является то, что они обычно служат до 15 лет из-за влияния кальцификации и усталости материала на правильное функционирование створок клапана. Кристаллический гидроксиапатит образует отложения на листочках и вызывает образование отложений кальция – этот процесс специалисты называют кальцификацией. Исследователи Fraunhofer IKTS стремятся предотвратить образование этих отложений с помощью новых химических средств предварительной обработки. Они тесно сотрудничают с Институтом прикладной медицинской инженерии при RWTH Aachen University и Национальным медицинским исследовательским центром им. Мешалкина в Новосибирске, Россия.
"Несмотря на то, что биологические сердечные клапаны служат в течение многих лет благодаря специальному процессу обработки, признаки износа все еще появляются и требуют замены этих протезов через 10-15 лет," говорит доктор. Наталья Бещасная, научный сотрудник Фраунгоферского ИКЦ. Отложения соединений фосфата кальция негативно влияют на механические свойства материала. Искусственный клапан сужается, что ухудшает кровоток.
Протезы обычно предварительно обрабатываются глутаровым альдегидом. Одна из целей этого широко используемого фиксатора – стабилизировать коллагеновую основу протезного клапана. Чтобы предотвратить или замедлить процесс кальцификации и дегенерации, Dr. Бещасна и ее партнеры используют новые химические соединения. В ходе испытаний они выбрали ткань перикарда в качестве основного материала и стабилизировали ее молекулами активного вещества. Вместо обычной фиксации глутаральдегидом использовали диэпоксид и бисфосфонат. "Глутаральдегид хорошо связывается с коллагеном, но не с эластином, который также является компонентом ткани перикарда. Вот почему ищутся альтернативы, и мы решили использовать диэпоксид," объясняет инженер. Перекрестное сшивание проводилось с добавлением и без добавления бисфосфонатов, которые представляют собой лекарства, влияющие на метаболизм костей и используемые, например, для лечения остеопороза.
Большой потенциал для диэпоксидов и бисфосфонатов
Прежде всего, образцы тканей готовили в течение трех недель с глутаровым альдегидом, диэпоксидом, диэпоксидом плюс бисфосфонатом и диэпоксидом плюс мягким консервантом оптифеном. Это придало образцам тканей новые свойства. Затем был проведен четырехнедельный тест на кальцификацию, чтобы проверить действие вышеупомянутого препарата в ускоренных лабораторных условиях. PH растворов был забуферен и соответствовал pH плазмы крови человека. "Мы предварительно химически обработали в общей сложности восемь сердечных клапанов различными способами с помощью четырех различных растворов и проанализировали их с помощью обычных процессов, таких как сканирующая электронная микроскопия, рамановская спектроскопия и микрокомпьютерная томография, чтобы определить, какой процесс лечения тканей лучше всего работает против долгосрочных осложнений кальцификация," говорит исследователь. Результаты испытаний in vitro показали, что диэпоксиды и бисфосфонаты являются многообещающей альтернативой глутаральдегиду благодаря их превосходным свойствам фиксации тканей. Исследователи видят большой потенциал в этом комбинированном лечении. "Ткань перикарда имеет тенденцию связывать ионы кальция, которые, в свою очередь, связывают ионы фосфата, тем самым способствуя кальцификации протеза сердечного клапана. Диэпоксиды и бисфосфонаты могут противодействовать этому долгосрочному осложнению и предотвращать реакцию между ионами кальция и ионами фосфата," говорит Бещасна.
Следующим шагом будет подтверждение этих многообещающих результатов в дальнейших тестах in vitro и in vivo, а также в клинических экспериментах. "До сих пор не создан идеальный протез клапана. Мы надеемся, что наша новая химическая предварительная обработка приблизит нас на шаг ближе к этому Святому Граалю."