Válvulas cardíacas feitas em minutos controlam a flúor do sangue

Cell Press

vídeo: Este é um vídeo que mostra uma válvula cardíaca sintética (fabricada usando Focused Rotary Jet Spinning) abrindo e fechando.Veja mais

Crédito: Sarah Motta e Christophe Chantre

Pesquisadores desenvolveram um método barato para produzir válvulas cardíacas em poucos minutos, que são funcionais imediatamente após serem implantadas em ovelhas. Os cientistas chamam seu método de "Focused Rotary Jet Spinning", que eles descrevem como "uma máquina de algodão-doce com um secador de cabelo atrás dela". Embora estudos in vivo de longo prazo sejam necessários para testar a resistência das válvulas, eles efetivamente controlaram o fluxo sanguíneo por uma hora em ovelhas. O protótipo aparece em 7 de junho na revista Matter.

"As duas grandes vantagens do nosso método são a velocidade e a fidelidade espacial", diz o bioengenheiro Michael Peters, da Universidade de Harvard, um dos primeiros autores do estudo. "Podemos criar fibras realmente pequenas - em nanoescala - que imitam a matriz extracelular que as células das válvulas cardíacas estão acostumadas a viver e crescer dentro, e podemos girar válvulas completas em questão de minutos, em contraste com as tecnologias atualmente disponíveis que podem demorar semanas ou meses para fazer."

As válvulas cardíacas pulmonares são compostas por três folhetos parcialmente sobrepostos que abrem e fecham a cada batimento cardíaco. Eles são responsáveis ​​por controlar o fluxo sanguíneo unidirecional através do coração; a cada batida, eles se abrem totalmente para permitir que o sangue flua para frente e, em seguida, fecham totalmente para evitar que o sangue flua para trás.

Para fabricar as válvulas, os pesquisadores usam jatos de ar para direcionar o polímero líquido para uma estrutura em forma de válvula, resultando em uma malha contínua de minúsculas fibras. As válvulas são projetadas para serem temporárias e regenerativas: elas fornecem um andaime poroso para que as células se infiltrem, construam e eventualmente substituam à medida que o polímero se biodegrada.

"As células operam em escala nanométrica, e a impressão 3D não pode chegar a esse nível, mas a rotação de jato rotativo focada pode colocar pistas espaciais em escala nanométrica lá, de modo que, quando as células rastejam para aquele andaime, elas se sintam como se estivessem em uma válvula cardíaca, não em um andaime sintético", diz o autor sênior e bioengenheiro Kit Parker, da Universidade de Harvard. "Há um certo truque envolvido."

A equipe testou a força, elasticidade e capacidade das válvulas de abrir e fechar repetidamente usando um duplicador de pulso, uma máquina que simula o batimento cardíaco.

"Uma válvula cardíaca normal funciona por bilhões de ciclos ao longo da vida de uma pessoa, então ela está constantemente sendo puxada, esticada e estimulada", diz Peters. “Eles precisam ser muito elásticos e manter sua forma apesar desses estímulos mecânicos, e também precisam ser fortes o suficiente para suportar as contrapressões do sangue que tenta fluir para trás”.

Eles também cultivaram células cardíacas nas válvulas para testar a biocompatibilidade e ver como as células poderiam se infiltrar nos andaimes. “As válvulas estão em contato direto com o sangue, por isso precisamos verificar se o material não causa trombose ou obstrução dos vasos sanguíneos”, diz a biofísica Sarah Motta, outra primeira autora do estudo, que trabalha na Universidade de Harvard e na Universidade de Zurique.

Por fim, os pesquisadores testaram a funcionalidade imediata das válvulas em ovelhas, que são um bom modelo animal por vários motivos – as forças físicas dentro dos corações das ovelhas e dos humanos são semelhantes, e os corações das ovelhas também representam um ambiente “extremo” para as válvulas cardíacas devido à doença das ovelhas. metabolismo acelerado do cálcio, que apresenta um risco aumentado de desenvolvimento de depósitos de cálcio, uma complicação comum em portadores de válvula cardíaca.

Os cirurgiões implantaram as válvulas em duas ovelhas e monitoraram sua posição e função usando ultrassom por uma hora. Ambas as válvulas foram implantadas com sucesso e ficaram imediatamente funcionais, mas a válvula de uma ovelha se deslocou após alguns minutos – os pesquisadores acham que isso ocorreu porque era do tamanho incorreto para o animal. Na segunda ovelha, a válvula apresentou boa funcionalidade por uma hora, e a análise post mortem indicou que não houve complicações em termos de roturas ou formação de trombos e que as células já haviam começado a infiltrar e aderir à válvula.