ลิ้นหัวใจเทียม

ลิ้นหัวใจเทียมทางชีววิทยาสมัยใหม่ที่มีจำหน่ายสำหรับใช้ทางคลินิก ยกเว้นลิ้นหัวใจเทียมแบบปลูกถ่ายในปอด เป็นโครงสร้างที่ไม่สามารถดำรงอยู่ได้และขาดศักยภาพในการเจริญเติบโตและการซ่อมแซมเนื้อเยื่อ ซึ่งทำให้มีข้อจำกัดอย่างมากในการใช้งาน โดยเฉพาะในเด็ก เพื่อแก้ไขพยาธิสภาพของลิ้นหัวใจ วิศวกรรมเนื้อเยื่อได้รับการพัฒนาในช่วง 15 ปีที่ผ่านมา เป้าหมายของแนวทางทางวิทยาศาสตร์นี้คือการสร้างโครงสร้างต่างๆ ในสภาวะเทียม เช่น ลิ้นหัวใจเทียมที่มีพื้นผิวต้านทานการแข็งตัวของเลือดและเนื้อเยื่อระหว่างลิ้นที่สามารถใช้งานได้

[ 1 ], [ 2 ]

ลิ้นหัวใจเทียมพัฒนาขึ้นได้อย่างไร?

แนวคิดทางวิทยาศาสตร์ของวิศวกรรมเนื้อเยื่อนั้นมีพื้นฐานอยู่บนแนวคิดในการเพิ่มจำนวนและการเติบโตของเซลล์มีชีวิต (ไฟโบรบลาสต์ เซลล์ต้นกำเนิด เป็นต้น) ในโครงสร้าง (เมทริกซ์) ที่ดูดซึมได้แบบสังเคราะห์หรือจากธรรมชาติ ซึ่งเป็นโครงสร้างของลิ้นหัวใจสามมิติ รวมถึงการใช้สัญญาณที่ควบคุมการแสดงออกของยีน การจัดระเบียบ และผลผลิตของเซลล์ที่ปลูกถ่ายในช่วงระยะเวลาของการก่อตัวของเมทริกซ์นอกเซลล์

ลิ้นหัวใจเทียมดังกล่าวจะผสานเข้ากับเนื้อเยื่อของผู้ป่วยเพื่อการฟื้นฟูขั้นสุดท้ายและการบำรุงรักษาโครงสร้างและหน้าที่ต่อไป ในกรณีนี้ โครงสร้างคอลลาเจน-อีลาสตินใหม่หรือกล่าวให้ชัดเจนกว่านั้นคือเมทริกซ์นอกเซลล์จะถูกสร้างขึ้นบนเมทริกซ์เดิมอันเป็นผลจากการทำงานของเซลล์ (ไฟโบรบลาสต์ ไมโอไฟโบรบลาสต์ เป็นต้น) ดังนั้น ลิ้นหัวใจเทียมที่ดีที่สุดที่สร้างขึ้นโดยวิศวกรรมเนื้อเยื่อจึงควรมีโครงสร้างทางกายวิภาคและหน้าที่ที่ใกล้เคียงกับลิ้นหัวใจดั้งเดิม และยังมีความสามารถในการปรับตัวทางชีวกลศาสตร์ ความสามารถในการซ่อมแซมและเติบโต

วิศวกรรมเนื้อเยื่อพัฒนาลิ้นหัวใจเทียมโดยใช้แหล่งเก็บเซลล์ต่างๆ ดังนั้นจึงสามารถใช้เซลล์จากต่างถิ่นหรือจากต่างถิ่นได้ แม้ว่าเซลล์จากต่างถิ่นจะมีความเสี่ยงในการถ่ายทอดโรคติดต่อสู่คนได้ก็ตาม เป็นไปได้ที่จะลดแอนติเจนและป้องกันปฏิกิริยาการปฏิเสธของร่างกายได้โดยการดัดแปลงพันธุกรรมของเซลล์จากต่างถิ่น วิศวกรรมเนื้อเยื่อต้องการเซลล์จากแหล่งที่เชื่อถือได้ แหล่งดังกล่าวคือเซลล์ที่สร้างเองซึ่งนำมาจากผู้ป่วยโดยตรงและไม่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาภูมิคุ้มกันในระหว่างการปลูกถ่ายใหม่ ลิ้นหัวใจเทียมที่มีประสิทธิภาพผลิตขึ้นจากเซลล์ที่สร้างเองซึ่งได้มาจากหลอดเลือด (หลอดเลือดแดงและหลอดเลือดดำ) มีการพัฒนาวิธีการที่ใช้การเรียงลำดับเซลล์ที่กระตุ้นด้วยฟลูออเรสเซนต์ (FACS) เพื่อให้ได้เซลล์เพาะเลี้ยงบริสุทธิ์ ประชากรเซลล์ผสมที่ได้จากหลอดเลือดจะถูกติดฉลากด้วยมาร์กเกอร์ไลโปโปรตีนความหนาแน่นต่ำที่ถูกอะซิทิล ซึ่งจะถูกดูดซึมอย่างเลือกสรรบนพื้นผิวของเอนโดทีลิโอไซต์ จากนั้นจึงสามารถแยกเซลล์เยื่อบุผนังหลอดเลือดออกจากเซลล์ส่วนใหญ่ที่ได้จากหลอดเลือดได้อย่างง่ายดาย ซึ่งจะเป็นส่วนผสมของเซลล์กล้ามเนื้อเรียบ ไมโอไฟโบรบลาสต์ และไฟโบรบลาสต์ แหล่งที่มาของเซลล์ ไม่ว่าจะเป็นหลอดเลือดแดงหรือหลอดเลือดดำ จะส่งผลต่อคุณสมบัติของโครงสร้างขั้นสุดท้าย ดังนั้น ลิ้นหัวใจเทียมที่มีเมทริกซ์ที่เพาะเซลล์หลอดเลือดดำจึงดีกว่าในการสร้างคอลลาเจนและความเสถียรเชิงกลเมื่อเทียบกับโครงสร้างที่เพาะเซลล์หลอดเลือดแดง การเลือกหลอดเลือดดำส่วนปลายดูเหมือนว่าจะเป็นแหล่งรวบรวมเซลล์ที่สะดวกกว่า

นอกจากนี้ ยังสามารถเก็บไมโอไฟโบรบลาสต์จากหลอดเลือดแดงคาโรติดได้ อย่างไรก็ตาม เซลล์ที่ได้จากหลอดเลือดจะมีลักษณะที่แตกต่างอย่างมากจากเซลล์เนื้อเยื่อเกี่ยวพันตามธรรมชาติ เซลล์จากสายสะดือของตัวเองสามารถใช้เป็นแหล่งเซลล์ทางเลือกได้

ลิ้นหัวใจเทียมที่ใช้เซลล์ต้นกำเนิด

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ความก้าวหน้าทางวิศวกรรมเนื้อเยื่อได้รับการส่งเสริมโดยการวิจัยเซลล์ต้นกำเนิด การใช้เซลล์ต้นกำเนิดไขกระดูกแดงมีข้อดีหลายประการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งความเรียบง่ายของการรวบรวมวัสดุชีวภาพและการเพาะเลี้ยงในหลอดทดลองพร้อมการแยกตัวในภายหลังเป็นเซลล์มีเซนไคมอลประเภทต่างๆ ช่วยให้หลีกเลี่ยงการใช้หลอดเลือดที่สมบูรณ์ เซลล์ต้นกำเนิดเป็นแหล่งที่มาของเซลล์ต้นกำเนิดที่มีศักยภาพในการเปลี่ยนแปลงหลายอย่าง และมีลักษณะทางภูมิคุ้มกันเฉพาะตัวที่ช่วยให้เซลล์เหล่านี้มีเสถียรภาพในสภาวะที่เกิดจากพันธุกรรมอื่น

เซลล์ต้นกำเนิดของไขกระดูกแดงของมนุษย์ได้มาโดยการเจาะกระดูกอกหรือเจาะกระดูกเชิงกราน เซลล์เหล่านี้จะถูกแยกจากเลือดที่ดูดจากกระดูกอก 10-15 มล. แยกออกจากเซลล์อื่นและเพาะเลี้ยง เมื่อได้เซลล์ครบตามจำนวนที่ต้องการ (โดยปกติภายใน 21-28 วัน) เซลล์เหล่านี้จะถูกเพาะ (สร้างอาณานิคม) บนเมทริกซ์และเพาะเลี้ยงในอาหารเลี้ยงเชื้อในตำแหน่งคงที่ (เป็นเวลา 7 วันในตู้ฟักที่มีความชื้นที่อุณหภูมิ 37 °C โดยมีคาร์บอนไดออกไซด์ 5%) จากนั้น การเจริญเติบโตของเซลล์จะถูกกระตุ้นผ่านอาหารเลี้ยงเชื้อแบบถ้วย (สิ่งกระตุ้นทางชีวภาพ) หรือโดยการสร้างสภาวะทางสรีรวิทยาสำหรับการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อระหว่างการเปลี่ยนรูปสามมิติในอุปกรณ์สืบพันธุ์ที่มีการไหลแบบเป็นจังหวะ - ไบโอรีแอ็กเตอร์ (สิ่งกระตุ้นทางกล) ไฟโบรบลาสต์มีความไวต่อสิ่งกระตุ้นทางกลที่ส่งเสริมการเจริญเติบโตและกิจกรรมการทำงานของเซลล์ การไหลแบบเป็นจังหวะทำให้เกิดการเสียรูปทั้งแบบรัศมีและแบบเส้นรอบวงเพิ่มขึ้น ซึ่งนำไปสู่การวางแนว (การยืดออก) ของเซลล์ที่มีประชากรในทิศทางของความเครียดดังกล่าว ซึ่งจะนำไปสู่การสร้างโครงสร้างเส้นใยที่มีทิศทางของวาล์ว การไหลที่คงที่ทำให้เกิดความเครียดแบบสัมผัสที่ผนังเท่านั้น การไหลแบบเป็นจังหวะมีผลดีต่อสัณฐานวิทยาของเซลล์ การแพร่กระจาย และองค์ประกอบของเมทริกซ์นอกเซลล์ ลักษณะของการไหลของสารอาหาร สภาวะทางฟิสิกเคมี (pH, pO2 และ pCO2) ในไบโอรีแอ็กเตอร์ยังส่งผลต่อการผลิตคอลลาเจนอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้น การไหลแบบลามินาร์ กระแสวนแบบวงจรจะเพิ่มการผลิตคอลลาเจน ซึ่งนำไปสู่คุณสมบัติเชิงกลที่ดีขึ้น

แนวทางอื่นในการสร้างโครงสร้างเนื้อเยื่อคือการสร้างสภาวะของตัวอ่อนในไบโอรีแอ็กเตอร์แทนที่จะจำลองสภาวะทางสรีรวิทยาของร่างกายมนุษย์ ไบโอวาลฟ์ของเนื้อเยื่อที่ปลูกบนพื้นฐานของเซลล์ต้นกำเนิดมีแผ่นเนื้อเยื่อที่เคลื่อนที่ได้และยืดหยุ่นได้ สามารถทำงานได้ภายใต้อิทธิพลของความดันและการไหลที่สูงเกินกว่าระดับสรีรวิทยา การศึกษาทางเนื้อเยื่อวิทยาและเคมีของแผ่นเนื้อเยื่อเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงการมีอยู่ของกระบวนการทำลายเมทริกซ์ที่ทำงานอยู่และการแทนที่ด้วยเนื้อเยื่อที่มีชีวิต เนื้อเยื่อได้รับการจัดเรียงตามประเภทชั้นโดยมีลักษณะเฉพาะของโปรตีนเมทริกซ์นอกเซลล์คล้ายกับของเนื้อเยื่อดั้งเดิม มีคอลลาเจนประเภท I และ III และไกลโคสะมิโนไกลแคน อย่างไรก็ตาม ไม่พบโครงสร้างสามชั้นทั่วไปของแผ่นเนื้อเยื่อ ได้แก่ ชั้นโพรงหัวใจ ชั้นฟองน้ำ และชั้นเส้นใย เซลล์ที่แสดงไวเมนตินที่เป็นบวกของ ASMA ที่พบในชิ้นส่วนทั้งหมดมีลักษณะคล้ายคลึงกับเซลล์ไมโอไฟโบรบลาสต์ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแสดงให้เห็นองค์ประกอบของเซลล์ที่มีลักษณะเฉพาะของไมโอไฟโบรบลาสต์ที่มีชีวิตและทำหน้าที่หลั่งสาร (เส้นใยแอคติน/ไมโอซิน เส้นใยคอลลาเจน อีลาสติน) และเซลล์บุผนังหลอดเลือดบนพื้นผิวเนื้อเยื่อ

ตรวจพบคอลลาเจนชนิด I, III, ASMA และไวเมนตินบนแผ่นพับ คุณสมบัติทางกลของแผ่นพับของเนื้อเยื่อและโครงสร้างดั้งเดิมนั้นเทียบเคียงได้ ลิ้นหัวใจเทียมจากเนื้อเยื่อแสดงประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมเป็นเวลา 20 สัปดาห์ และมีโครงสร้างทางกายวิภาคตามธรรมชาติที่คล้ายคลึงกันทั้งในด้านโครงสร้างจุลภาค โปรไฟล์ทางชีวเคมี และการสร้างเมทริกซ์โปรตีน

ลิ้นหัวใจเทียมทั้งหมดที่ได้จากการตัดต่อเนื้อเยื่อถูกฝังไว้ในสัตว์ในตำแหน่งปอด เนื่องจากลักษณะทางกลของลิ้นหัวใจเทียมไม่สอดคล้องกับภาระในตำแหน่งหลอดเลือดแดงใหญ่ ลิ้นหัวใจเนื้อเยื่อที่ปลูกถ่ายจากสัตว์มีโครงสร้างที่ใกล้เคียงกับลิ้นหัวใจปกติ ซึ่งบ่งชี้ถึงการพัฒนาและการปรับโครงสร้างใหม่ในร่างกายต่อไป การศึกษาเพิ่มเติมจะแสดงให้เห็นว่ากระบวนการปรับโครงสร้างและการทำให้เนื้อเยื่อสุกจะดำเนินต่อไปภายใต้สภาวะทางสรีรวิทยาหรือไม่หลังจากที่ปลูกลิ้นหัวใจเทียมแล้ว ดังที่สังเกตได้ในการทดลองกับสัตว์

ลิ้นหัวใจเทียมในอุดมคติควรมีรูพรุนอย่างน้อย 90% เนื่องจากรูพรุนมีความจำเป็นต่อการเจริญเติบโตของเซลล์ การส่งสารอาหาร และการกำจัดผลิตภัณฑ์จากการเผาผลาญของเซลล์ นอกจากความเข้ากันได้ทางชีวภาพและการย่อยสลายทางชีวภาพแล้ว ลิ้นหัวใจเทียมควรมีพื้นผิวที่เหมาะสมทางเคมีสำหรับการเพาะเซลล์และมีคุณสมบัติทางกลศาสตร์ของเนื้อเยื่อธรรมชาติ ระดับการย่อยสลายทางชีวภาพของเมทริกซ์ควรควบคุมได้และเป็นสัดส่วนกับระดับการสร้างเนื้อเยื่อใหม่เพื่อให้แน่ใจว่ามีเสถียรภาพทางกลศาสตร์ในระยะยาว

ปัจจุบันมีการพัฒนาเมทริกซ์สังเคราะห์และชีวภาพ วัสดุชีวภาพที่ใช้กันทั่วไปในการสร้างเมทริกซ์ ได้แก่ โครงสร้างทางกายวิภาคของผู้บริจาค คอลลาเจน และไฟบริน ลิ้นหัวใจเทียมที่ทำจากโพลีเมอร์ได้รับการออกแบบให้ย่อยสลายทางชีวภาพได้หลังการปลูกถ่าย เมื่อเซลล์ที่ปลูกถ่ายเริ่มสร้างและจัดระเบียบเครือข่ายเมทริกซ์นอกเซลล์ของตัวเอง การสร้างเนื้อเยื่อเมทริกซ์ใหม่สามารถควบคุมหรือกระตุ้นได้ด้วยปัจจัยการเจริญเติบโต ไซโตไคน์ หรือฮอร์โมน

[ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ]

ผู้บริจาคลิ้นหัวใจเทียม

ลิ้นหัวใจเทียมจากผู้บริจาคที่ได้รับจากมนุษย์หรือสัตว์และกำจัดแอนติเจนของเซลล์โดยการกำจัดเซลล์เพื่อลดภูมิคุ้มกันสามารถใช้เป็นเมทริกซ์ได้ โปรตีนที่เก็บรักษาไว้ของเมทริกซ์นอกเซลล์เป็นพื้นฐานสำหรับการยึดเกาะของเซลล์ที่เพาะเลี้ยงในภายหลัง มีวิธีการต่อไปนี้ในการกำจัดองค์ประกอบของเซลล์ (การกำจัดเซลล์) ได้แก่ การแช่แข็ง การบำบัดด้วยทริปซิน/EDTA ผงซักฟอก เช่น โซเดียมโดเดซิลซัลเฟต โซเดียมดีออกซีโคเลต ไตรตอน X-100 เมกะ 10 TnBR CHAPS ทวีน 20 เช่นเดียวกับวิธีการบำบัดด้วยเอนไซม์หลายขั้นตอน ในกรณีนี้ เยื่อหุ้มเซลล์ กรดนิวคลีอิก ไขมัน โครงสร้างไซโทพลาสซึม และโมเลกุลเมทริกซ์ที่ละลายน้ำได้จะถูกกำจัดออกในขณะที่รักษาคอลลาเจนและอีลาสตินไว้ อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีการค้นพบวิธีการที่เหมาะสมที่สุด เฉพาะโซเดียมโดเดซิลซัลเฟต (0.03-1%) หรือโซเดียมดีออกซีโคเลต (0.5-2%) เท่านั้นที่ทำให้สามารถกำจัดเซลล์ได้หมดหลังการรักษา 24 ชั่วโมง

การตรวจทางเนื้อเยื่อวิทยาของไบโอวาลฟ์ที่ถูกกำจัดเซลล์ (อัลโลเกรฟต์และเซโนเกรฟต์) ในการทดลองกับสัตว์ (สุนัขและหมู) พบว่าเอ็นโดทีเลียลไลเซชันบางส่วนและการเจริญกลับเข้าไปของไมโอไฟโบรบลาสต์ของผู้รับในฐาน โดยไม่มีสัญญาณของการสะสมแคลเซียม สังเกตการแทรกซึมของการอักเสบในระดับปานกลาง อย่างไรก็ตาม ความล้มเหลวในระยะเริ่มต้นเกิดขึ้นระหว่างการทดลองทางคลินิกของลิ้น SynerGraftTM ที่ถูกกำจัดเซลล์ ตรวจพบปฏิกิริยาอักเสบที่เด่นชัดในเมทริกซ์ของไบโอโปรสเทซิส ซึ่งในระยะแรกไม่จำเพาะและมาพร้อมกับปฏิกิริยาของลิมโฟไซต์ ความผิดปกติและการเสื่อมสภาพของไบโอโปรสเทซิสเกิดขึ้นภายในระยะเวลาหนึ่งปี ไม่พบการตั้งรกรากของเซลล์ในเมทริกซ์ แต่พบการสะสมแคลเซียมของลิ้นและเศษเซลล์ก่อนการฝังตัว

เมทริกซ์ปลอดเซลล์ที่เพาะด้วยเซลล์เยื่อบุผนังหลอดเลือดและเพาะเลี้ยงในหลอดทดลองและในร่างกายสร้างชั้นที่ต่อเนื่องกันบนพื้นผิวของลิ้นหัวใจ และเซลล์เนื้อเยื่อระหว่างเซลล์ที่เพาะด้วยโครงสร้างดั้งเดิมแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการแยกความแตกต่าง อย่างไรก็ตาม ไม่สามารถบรรลุระดับทางสรีรวิทยาที่ต้องการของการตั้งรกรากของเซลล์บนเมทริกซ์ภายใต้เงื่อนไขไดนามิกของไบโอรีแอ็กเตอร์ได้ และลิ้นหัวใจเทียมที่ปลูกถ่ายมาพร้อมกับการหนาตัวค่อนข้างเร็ว (สามเดือน) เนื่องมาจากการแบ่งตัวของเซลล์ที่เร่งขึ้นและการก่อตัวของเมทริกซ์นอกเซลล์ ดังนั้น ในระยะนี้ การใช้เมทริกซ์ปลอดเซลล์ของผู้บริจาคเพื่อการตั้งรกรากกับเซลล์จึงมีปัญหาที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขหลายประการ รวมถึงปัญหาทางภูมิคุ้มกันและการติดเชื้อ การทำงานเกี่ยวกับไบโอโปรสธีซิสที่กำจัดเซลล์ยังคงดำเนินต่อไป

ควรสังเกตว่าคอลลาเจนยังเป็นหนึ่งในวัสดุทางชีวภาพที่มีศักยภาพสำหรับการผลิตเมทริกซ์ที่สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ คอลลาเจนสามารถใช้ได้ในรูปแบบโฟม เจล หรือแผ่น ฟองน้ำ และในรูปแบบเส้นใย อย่างไรก็ตาม การใช้คอลลาเจนนั้นเกี่ยวข้องกับความยากลำบากทางเทคโนโลยีหลายประการ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เป็นการยากที่จะได้รับจากผู้ป่วย ดังนั้น ในปัจจุบัน เมทริกซ์คอลลาเจนส่วนใหญ่มีต้นกำเนิดจากสัตว์ การย่อยสลายทางชีวภาพของคอลลาเจนจากสัตว์อย่างช้าๆ อาจมีความเสี่ยงต่อการติดเชื้อจากสัตว์สู่คนเพิ่มขึ้น ทำให้เกิดปฏิกิริยาทางภูมิคุ้มกันและการอักเสบ

ไฟบรินเป็นวัสดุทางชีวภาพอีกชนิดหนึ่งที่มีคุณสมบัติการย่อยสลายทางชีวภาพที่ควบคุมได้ เนื่องจากเจลไฟบรินสามารถผลิตได้จากเลือดของผู้ป่วยสำหรับการผลิตเมทริกซ์ของตัวเองในภายหลัง การฝังโครงสร้างดังกล่าวจะไม่ทำให้เกิดการย่อยสลายที่เป็นพิษและปฏิกิริยาอักเสบ อย่างไรก็ตาม ไฟบรินมีข้อเสีย เช่น การแพร่กระจายและการซึมผ่านสู่สิ่งแวดล้อม และมีคุณสมบัติทางกลศาสตร์ต่ำ

[ 7 ], [ 8 ], [ 9 ], [ 10 ], [ 11 ]

ลิ้นหัวใจเทียมที่ทำจากวัสดุสังเคราะห์

ลิ้นหัวใจเทียมยังทำจากวัสดุสังเคราะห์อีกด้วย ความพยายามหลายครั้งในการผลิตเมทริกซ์ลิ้นหัวใจนั้นขึ้นอยู่กับการใช้โพลีกแลกติน กรดโพลีไกลโคลิก (PGA) กรดโพลีแลกติก (PLA) PGA และโคพอลิเมอร์ PLA (PLGA) และโพลีไฮดรอกซีอัลคาโนเอต (PHA) วัสดุสังเคราะห์ที่มีรูพรุนสูงสามารถหาได้จากเส้นใยถักหรือไม่ถัก และใช้เทคโนโลยีการชะล้างด้วยเกลือ วัสดุคอมโพสิตที่มีแนวโน้มดี (PGA/P4HB) สำหรับการผลิตเมทริกซ์นั้นได้มาจากลูปไม่ถักของกรดโพลีไกลโคลิก (PGA) ที่เคลือบด้วยโพลี-4-ไฮดรอกซีบิวไทเรต (P4HB) ลิ้นหัวใจเทียมที่ผลิตจากวัสดุนี้ผ่านการฆ่าเชื้อด้วยเอทิลีนออกไซด์ อย่างไรก็ตาม ความแข็งและความหนาในช่วงเริ่มต้นที่สำคัญของลูปของโพลีเมอร์เหล่านี้ การย่อยสลายอย่างรวดเร็วและควบคุมไม่ได้ ร่วมกับการปลดปล่อยผลิตภัณฑ์ที่เป็นพิษต่อเซลล์ที่เป็นกรด จำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมและการค้นหาวัสดุอื่น

การใช้แผ่นเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อไมโอไฟโบรบลาสต์อัตโนมัติที่เพาะเลี้ยงบนโครงยึดเพื่อสร้างเมทริกซ์รองรับโดยกระตุ้นการผลิตเซลล์เหล่านี้ทำให้สามารถได้ตัวอย่างลิ้นหัวใจที่มีเซลล์ที่มีชีวิตที่ยังมีชีวิตอยู่ล้อมรอบด้วยเมทริกซ์นอกเซลล์ อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติทางกลของเนื้อเยื่อของลิ้นหัวใจเหล่านี้ยังคงไม่เพียงพอสำหรับการฝัง

ระดับที่จำเป็นของการแพร่กระจายและการสร้างเนื้อเยื่อใหม่ของลิ้นหัวใจที่สร้างขึ้นอาจไม่สามารถทำได้โดยการรวมเซลล์และเมทริกซ์เพียงอย่างเดียว การแสดงออกของยีนเซลล์และการสร้างเนื้อเยื่ออาจถูกควบคุมหรือกระตุ้นโดยการเติมปัจจัยการเจริญเติบโต ไซโตไคน์หรือฮอร์โมน ปัจจัยไมโตเจนิกหรือปัจจัยการยึดเกาะลงในเมทริกซ์และโครงยึด กำลังมีการศึกษาความเป็นไปได้ในการนำตัวควบคุมเหล่านี้เข้าไปในไบโอแมทีเรียลเมทริกซ์ โดยรวมแล้ว ขาดการวิจัยอย่างมากเกี่ยวกับการควบคุมการสร้างลิ้นหัวใจเนื้อเยื่อโดยสิ่งกระตุ้นทางชีวเคมี

เมทริกซ์ พี ของปอดเทียมจากสุกรที่ไม่มีเซลล์ประกอบด้วยเนื้อเยื่อที่ถูกกำจัดเซลล์ออกซึ่งผ่านกระบวนการพิเศษที่จดสิทธิบัตรของบริษัท AutoTissue GmbH รวมถึงการรักษาด้วยยาปฏิชีวนะ โซเดียมดีออกซีโคเลต และแอลกอฮอล์ วิธีการประมวลผลนี้ได้รับการอนุมัติจากองค์กรมาตรฐานระหว่างประเทศ โดยจะกำจัดเซลล์ที่มีชีวิตและโครงสร้างหลังเซลล์ทั้งหมด (ไฟโบรบลาสต์ เซลล์เยื่อบุผนังหลอดเลือด แบคทีเรีย ไวรัส เชื้อรา ไมโคพลาสมา) รักษาโครงสร้างของเมทริกซ์นอกเซลล์ ลดระดับของดีเอ็นเอและอาร์เอ็นเอในเนื้อเยื่อให้เหลือน้อยที่สุด ซึ่งช่วยลดความน่าจะเป็นในการแพร่ไวรัสเรโทรไวรัสในสุกร (PERV) สู่มนุษย์ให้เหลือศูนย์ เมทริกซ์ พี ประกอบด้วยคอลลาเจนและอีลาสตินเท่านั้น โดยมีการบูรณาการโครงสร้างที่คงไว้

ในการทดลองกับแกะ พบว่ามีปฏิกิริยาเพียงเล็กน้อยจากเนื้อเยื่อโดยรอบ 11 เดือนหลังจากการปลูกถ่ายไบโอโปรสเทซิส Matrix P โดยมีอัตราการรอดชีวิตที่ดี โดยเห็นได้ชัดเจนโดยเฉพาะที่พื้นผิวด้านในที่เป็นมันเงาของเยื่อบุหัวใจ ปฏิกิริยาอักเสบ การหนาขึ้นและการหดตัวของลิ้นหัวใจแทบจะไม่มีเลย นอกจากนี้ ยังพบระดับแคลเซียมในเนื้อเยื่อต่ำในไบโอโปรสเทซิส Matrix P ซึ่งความแตกต่างมีความสำคัญทางสถิติเมื่อเปรียบเทียบกับที่ได้รับการรักษาด้วยกลูตารัลดีไฮด์

ลิ้นหัวใจเทียม Matrix P จะปรับตัวให้เข้ากับสภาพของผู้ป่วยแต่ละรายภายในเวลาไม่กี่เดือนหลังจากการปลูกถ่าย การตรวจสอบเมื่อสิ้นสุดช่วงควบคุมพบว่าเมทริกซ์นอกเซลล์และเอนโดธีเลียมที่บรรจบกันยังสมบูรณ์ การปลูกถ่ายเนื้อเยื่อเทียม Matrix R ในผู้ป่วย 50 รายที่มีความผิดปกติแต่กำเนิดในระหว่างขั้นตอน Ross ระหว่างปี 2002 ถึง 2004 แสดงให้เห็นประสิทธิภาพที่เหนือกว่าและการไล่ระดับความดันผ่านลิ้นหัวใจที่ต่ำกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับการปลูกถ่ายเนื้อเยื่อเทียม SynerGraftMT ที่แช่แข็งและกำจัดเซลล์และไบโอโปรสธีซิสแบบไม่มีโครงที่รักษาด้วยกลูตาเรลดีไฮด์ ลิ้นหัวใจเทียม Matrix P มีไว้สำหรับการเปลี่ยนลิ้นหัวใจปอดในระหว่างการสร้างช่องทางไหลออกของหัวใจห้องล่างขวาใหม่ในการผ่าตัดสำหรับความผิดปกติแต่กำเนิดและที่เกิดขึ้นภายหลัง และในระหว่างการเปลี่ยนลิ้นหัวใจปอดในระหว่างขั้นตอน Ross มีให้เลือก 4 ขนาด (ตามเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน): สำหรับเด็กแรกเกิด (15-17 มม.), สำหรับเด็ก (18-21 มม.), ขนาดกลาง (22-24 มม.) และผู้ใหญ่ (25-28 มม.)

ความก้าวหน้าในการพัฒนาของลิ้นหัวใจที่ออกแบบด้วยเนื้อเยื่อจะขึ้นอยู่กับความก้าวหน้าทางชีววิทยาของเซลล์ลิ้นหัวใจ (รวมถึงปัญหาของการแสดงออกและการควบคุมยีน) การศึกษาการพัฒนาของลิ้นหัวใจที่เกี่ยวข้องกับการสร้างตัวอ่อนและอายุ (รวมถึงปัจจัยการสร้างหลอดเลือดและการสร้างเส้นประสาท) ความรู้ที่ชัดเจนเกี่ยวกับชีวกลศาสตร์ของลิ้นหัวใจแต่ละอัน การระบุเซลล์ที่เหมาะสมสำหรับการเพาะพันธุ์ และการพัฒนาเมทริกซ์ที่เหมาะสมที่สุด การพัฒนาลิ้นหัวใจเนื้อเยื่อขั้นสูงต่อไปจะต้องอาศัยความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างลักษณะทางกลและโครงสร้างของลิ้นหัวใจตามธรรมชาติและสิ่งเร้า (ทางชีวภาพและทางกล) เพื่อสร้างลักษณะเหล่านี้ขึ้นมาใหม่ในหลอดทดลอง

[ 12 ], [ 13 ], [ 14 ], [ 15 ]