科学者はこれを「綿」と言う

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新たな画期的な進歩として、科学者たちはわずか数分で心臓弁を作成する費用対効果の高い技術を発明しました。 驚くべきことに、これらの心臓弁は羊に挿入された直後から機能する準備ができていました。

研究チームは、ヘアドライヤーを備えた綿菓子製造機に似たこの技術を「集中ロータリージェットスピニング」と名付けた。 これらの弁の寿命を評価するには、より広範な生体内研究が必要であるにもかかわらず、羊の血流を1時間調節することに成功しました。

この先駆的なプロトタイプは、雑誌「Matter」に掲載されたばかりです。

「私たちの方法の 2 つの大きな利点は、速度と空間忠実度です」と筆頭著者の Michael Peters 氏は説明します。 「私たちは、心臓の弁細胞が内部で生きて成長するのに慣れている細胞外マトリックスを模倣した非常に小さな繊維をナノスケールで作成することができ、現在利用可能な技術とは対照的に、完全な弁を数分で回転させることができます。作るのに数週間か何か月もかかります。」

肺心臓弁の構成は、心臓の拍動ごとに変動する 3 つの半重なり合った弁または小葉で構成されています。 これらの弁尖は、心臓内の一方向の血流を確保する上で重要な役割を果たします。 心拍ごとに完全に開き、血液の前方への流れを促進し、その後完全に閉じて逆流を防ぎます。

バルブを作成するために、研究者はエアジェットを使用して液体ポリマーをバルブのような形のフレームに送り込み、継ぎ目のない微細な繊維の網目構造を形成します。

これらのバルブは意図的に一時的なものであり、再生可能です。 これらは、細胞の浸潤と蓄積を可能にする多孔質の基盤を提供します。 ポリマーが自然に分解すると、細胞が徐々にそれを引き継ぎ、置き換えます。

「細胞はナノメートルスケールで動作しており、3Dプリンティングではそのレベルにまで到達することはできませんが、集中的にロータリージェットを回転させることで、そこにナノメートルスケールの空間的手がかりを与えることができ、細胞がその足場に這い上がるときに、まるで自分がいるかのように感じることができます」合成足場ではなく、心臓弁に組み込まれています」と上級著者のキット・パーカー氏は付け加えた。 「そこにはある策略が関係しているのです。」

研究グループは、バルブの耐久性、柔軟性、繰り返しの開閉能力を調査しました。 彼らは、これらのテストを実行するために、心臓のリズミカルな鼓動を模倣する装置であるパルスデュプリケーターを使用しました。

「正常な心臓弁は、生涯を通じて何十億サイクルも機能するため、常に引っ張られ、伸ばされ、刺激され続けています」とピーターズ氏は付け加えた。 「それらは非常に弾力性があり、これらの機械的刺激にもかかわらずその形状を維持する必要があり、また、逆流しようとする血液による背圧に耐えるのに十分な強度も必要です。」

さらに、心臓細胞を弁上で培養して、生体系との適合性を評価し、足場構造への細胞浸潤の有効性を確認しました。

「弁は血液と直接接触するため、その材料が血栓症や血管の閉塞を引き起こさないことを確認する必要があります」と筆頭著者のサラ・モッタ氏は付け加えた。

彼らはさらに、いくつかの理由から優れた動物モデルとなる羊を対象に、これらの弁の即時効果を調べました。 ヒツジと人間の心臓内部の動態は非常に似ており、ヒツジの心臓はカルシウム代謝が速いため、心臓弁にとって困難な環境となっており、心臓弁移植者に共通の問題であるカルシウム沈着物が形成される可能性が高くなります。 。

研究チームはこれらの弁を2頭の羊に移植することに成功し、超音波を使用して1時間かけて弁の位置と性能を評価した。 埋め込まれた両方の弁は即座に機能しました。 しかし、しばらくすると羊の弁の1つが脱臼し、研究者らはサイズの不一致が原因ではないかと考えている。 2頭目の羊の弁は1時間にわたって満足のいく性能を示し、死後の研究では破裂や血栓の形成などの合併症がないことが判明した。 また、細胞がすでに弁に浸潤し、付着し始めていることも観察されました。

今後、研究チームは、より多くの羊を対象に、長期間にわたってバルブの性能をさらに広範にテストする予定です。

「私たちは、数週間から数か月のスケールで私たちの弁がどの程度うまく機能するのか、そして羊の細胞や組織が実際にどのくらい効果的かつ迅速に足場を再構築しているのかを知りたいのです」とピーターズ氏は付け加えた。

「人間の患者に投与するものを開発するのは長い道のりであり、長くかかるはずです」とパーカー氏は付け加えた。 「人間に何かを取り入れる前に、たくさんの動物を実験しなければなりません。」

画像クレジット: ゲッティ