Het menselijk hart klopt ongeveer 35 miljoen keer per jaar, het bloed effectief in de bloedsomloop pompen via vier verschillende hartkleppen. Helaas, bij meer dan vier miljoen mensen per jaar, deze delicate weefsels defect als gevolg van geboorteafwijkingen, leeftijdsgerelateerde verslechteringen, en infecties, hartklepziekte veroorzaken.

Vandaag, clinici gebruiken kunstmatige prothesen of vaste weefsels van dieren en kadavers om defecte kleppen te vervangen. Terwijl deze prothesen de functie van het hart voor een tijdje kunnen herstellen, ze worden geassocieerd met nadelige comorbiditeit en slijtage en moeten worden vervangen tijdens invasieve en dure operaties. Bovendien, bij kinderen, geïmplanteerde hartklepprothesen moeten nog vaker worden vervangen omdat ze niet kunnen meegroeien met het kind.

Een team onder leiding van Kevin Kit Parker, doctoraat aan het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering van Harvard University heeft onlangs een nanovezelfabricagetechniek ontwikkeld om snel hartkleppen te produceren met regeneratief en groeipotentieel. In een paper gepubliceerd in Biomaterialen , Andreas Capulli, doctoraat en collega's vervaardigden een klepvormig nanovezelnetwerk dat de mechanische en chemische eigenschappen van de inheemse extracellulaire klepmatrix (ECM) nabootst. Om dit te behalen, het team gebruikte de gepatenteerde roterende jet-spintechnologie van het Parker-lab - waarbij een roterend mondstuk een ECM-oplossing extrudeert tot nanovezels die zich rond hartklepvormige doornen wikkelen. "Onze opstelling is als een zeer snelle suikerspinmachine die een reeks synthetische en natuurlijke materialen kan draaien. In deze studie, we gebruikten een combinatie van synthetische polymeren en ECM-eiwitten om biocompatibele JetValves te fabriceren die hemodynamisch competent zijn bij implantatie en celmigratie en herbevolking in vitro ondersteunen. belangrijk, we kunnen binnen enkele minuten JetValves op menselijke maat maken - veel sneller dan mogelijk is voor andere regeneratieve prothesen, ' zei Parker.

Om het klinische potentieel van JetValves verder te ontwikkelen en te testen, Het team van Parker werkte samen met het vertaalteam van Simon P. Hoerstrup, MD, doctoraat, aan de Universiteit van Zürich in Zwitserland, dat een partnerinstelling is met het Wyss Institute. Als leider in regeneratieve hartprothesen, Hoerstrup en zijn team in Zürich hebben eerder regeneratieve, weefsel-engineered hartkleppen ter vervanging van mechanische en vast weefsel hartkleppen. In de benadering van Hoerstrup menselijke cellen zetten direct een regeneratieve laag van complexe ECM af op biologisch afbreekbare steigers in de vorm van hartkleppen en bloedvaten. De levende cellen worden vervolgens van de steigers verwijderd, wat resulteert in een "kant-en-klare" prothese op basis van menselijke matrix die klaar is voor implantatie.

In de krant, het multidisciplinaire team implanteerde met succes JetValves bij schapen met behulp van een minimaal invasieve techniek en toonde aan dat de kleppen goed functioneerden in de bloedsomloop en nieuw weefsel regenereerden. "In onze eerdere onderzoeken de van cellen afgeleide ECM-gecoate steigers zouden cellen uit het hart van het ontvangende dier kunnen rekruteren en celproliferatie ondersteunen, matrix hermodellering, weefselregeneratie, en zelfs de groei van dieren. Hoewel deze kleppen veilig en effectief zijn, de productie ervan blijft complex en duur, aangezien menselijke cellen lange tijd onder zwaar gereguleerde omstandigheden moeten worden gekweekt. Het veel snellere productieproces van de JetValve kan in dit opzicht een doorbraak betekenen. Als we deze resultaten in mensen kunnen repliceren, deze technologie zou onschatbare voordelen kunnen hebben bij het minimaliseren van het aantal pediatrische heroperaties, ’ zei Hoestrup.

Ter ondersteuning van deze translationele inspanningen, het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering en de University of Zurich hebben vandaag een interinstitutionele teaminspanning aangekondigd om een ​​functionele hartklepvervanging te genereren met de capaciteit voor reparatie, regeneratie, en groei. Het team werkt ook aan een GMP-versie van hun aanpasbare, schaalbaar, en kosteneffectief productieproces dat inzet bij een grote patiëntenpopulatie mogelijk zou maken. In aanvulling, de nieuwe hartklep zou compatibel zijn met minimaal invasieve procedures voor zowel pediatrische als volwassen patiënten.

Het project wordt gezamenlijk geleid door Parker en Hoerstrup. Parker is een kernfaculteitslid van het Wyss Institute en de Tarr Family Professor of Bioengineering and Applied Physics aan de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS). Hoerstrup is voorzitter en directeur van het Instituut voor Regeneratieve Geneeskunde van de Universiteit van Zürich (IREM), Co-directeur van het onlangs opgerichte Wyss Translational Center Zurich en een Wyss Institute Associate Faculty-lid.

Omdat JetValves in alle gewenste vormen en maten kunnen worden vervaardigd, en het duurt seconden tot minuten om te produceren, het doel van het team is om op maat gemaakte, klaar voor gebruik, regeneratieve hartkleppen veel sneller en tegen veel lagere kosten dan momenteel mogelijk is.

"Het bereiken van het doel van minimaal invasieve, goedkope regenererende hartkleppen kunnen een enorme impact hebben op het leven van patiënten op leeftijd, sociale- en geografische grenzen. Alweer, onze samenwerkende teamstructuur die unieke en toonaangevende expertise in bio-engineering combineert, regeneratieve geneeskunde, chirurgische innovatie en bedrijfsontwikkeling binnen het Wyss Institute en onze partnerinstellingen, maakt het voor ons mogelijk om technologische ontwikkeling te bevorderen op manieren die niet mogelijk zijn in een conventioneel academisch laboratorium, " zei Donald Ingber, oprichter van het Wyss Institute, MD, doctoraat, die ook de Judah Folkman Professor of Vascular Biology is aan de HMS en het Vascular Biology Program aan het Boston Children's Hospital, evenals hoogleraar bio-engineering aan SEAS.