(Valvole cardiache-Immagine Credit Public Domain).
Un nuovo studio rivoluzionario condotto dai ricercatori dell’Università del Minnesota Twin Cities del College of Science and Engineering e della Medical School mostra per la prima volta che le valvole cardiache create in laboratorio e impiantate in giovani agnelli per un anno erano in grado di crescere all’interno del ricevente. Le valvole hanno anche mostrato una calcificazione ridotta e una migliore funzione del flusso sanguigno rispetto alle valvole di derivazione animale attualmente utilizzate, quando testate nello stesso modello di agnello in crescita.
Se confermate nell’uomo, queste nuove valvole cardiache potrebbero prevenire la necessità di ripetuti interventi di sostituzione valvolare in migliaia di bambini nati ogni anno con difetti cardiaci congeniti. Le valvole possono anche essere conservate per almeno sei mesi, il che significa che potrebbero fornire ai chirurghi un’opzione “pronta all’uso” per il trattamento.
In uno studio innovativo, i ricercatori dell’Università del Minnesota hanno utilizzato un ibrido di ingegneria dei tessuti e medicina rigenerativa per creare valvole cardiache che possono crescere con il ricevente. Quando sono state impiantate negli agnelli, i ricercatori hanno dimostrato che le valvole a tre tubi funzionavano meglio delle attuali valvole di derivazione animale con quasi nessuna calcificazione o coagulazione del sangue mostrata dalle altre valvole. Credito immagine: Syedain, et al., Tranquillo Lab, University of Minnesota
Lo studio è stato pubblicato su Science Translational Medicine, una rivista medica interdisciplinare dell‘American Association for the Advancement of Science (AAAS). La procedura di fabbricazione delle valvole è stata anche brevettata e concessa in licenza alla società startup dell’Università del Minnesota Vascudyne, Inc. (Stillwater, Minnesota).
“Questo è un enorme passo avanti nella ricerca cardiaca pediatrica”, ha detto Robert Tranquillo, ricercatore senior dello studio e Professore dell’Università del Minnesota nei Dipartimenti di Ingegneria Biomedica e nel Dipartimento di Ingegneria Chimica e Scienza dei Materiali. “Questa è la prima dimostrazione che una valvola impiantata in un modello animale di grandi dimensioni, nel nostro caso un agnello, può crescere con l’animale fino all’età adulta. Abbiamo ancora molta strada da fare, ma questo ci porta molto più avanti nel percorso verso futuri studi clinici sui bambini. Siamo entusiasti e ottimisti circa la possibilità che questo diventi effettivamente una realtà negli anni a venire “.
Attualmente, i ricercatori non sono stati in grado di sviluppare una valvola cardiaca in grado di crescere e mantenere la funzione per i pazienti pediatrici. Le uniche opzioni accettate per questi bambini con difetti cardiaci sono valvole realizzate con tessuti animali trattate chimicamente che spesso diventano disfunzionali a causa della calcificazione e richiedono la sostituzione perché non crescono con il bambino. Questi bambini avranno spesso bisogno di sopportare fino a cinque (o più) interventi chirurgici a cuore aperto fino all’impianto di una valvola meccanica in età adulta. Ciò richiede loro di assumere fluidificanti del sangue per il resto della loro vita.
In questo studio, Tranquillo e i suoi colleghi hanno utilizzato un ibrido di ingegneria dei tessuti e medicina rigenerativa per creare valvole cardiache in crescita. Per un periodo di otto settimane, hanno utilizzato una tecnica di ingegneria tissutale specializzata che avevano precedentemente sviluppato per generare tubi simili a vasi in laboratorio dalle cellule della pelle di un donatore postnatale. Per sviluppare i tubi, i ricercatori hanno combinato le cellule della pelle di pecora donatrici con un materiale simile alla gelatina, chiamato fibrina, sotto forma di un tubo e quindi hanno fornito i nutrienti necessari per la crescita cellulare utilizzando un bioreattore.
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I ricercatori hanno quindi utilizzato detergenti speciali per lavare via tutte le cellule di pecora dai tubi simili a tessuti, lasciando dietro di sé una matrice di collagene priva di cellule che non causa una reazione immunitaria una volta impiantata. Ciò significa che i tubi possono essere conservati e impiantati senza richiedere una crescita personalizzata utilizzando le cellule del ricevente.
Il passo successivo è stato cucire con precisione tre di questi tubi (circa 16 mm di diametro) insieme in un anello chiuso. I ricercatori li hanno quindi tagliati leggermente per creare volanti per replicare una struttura simile a una valvola cardiaca di circa 19 mm di diametro.
“Dopo questi passaggi iniziali, sembrava una valvola cardiaca, ma la domanda è diventata se potesse funzionare come una valvola cardiaca e se potesse crescere”, ha detto Tranquillo. “I nostri risultati hanno confermato entrambi”.
Questa seconda generazione di valvole a tre tubi è stata impiantata nell’arteria polmonare di tre agnelli. Dopo 52 settimane, la valvola si è rigenerata quando la sua matrice è stata popolata da cellule dell’agnello ricevente e il diametro è aumentato da 19 mm a una valvola fisiologicamente normale di circa 25 mm. I ricercatori hanno anche visto un aumento dal 17 al 34 percento della lunghezza dei lembi delle valvole misurata dalle immagini ecografiche. Inoltre, i ricercatori hanno dimostrato che le valvole a tre tubi funzionavano meglio delle attuali valvole di derivazione animale con quasi nessuna calcificazione o coagulazione del sangue che le altre valvole mostravano dopo essere state impiantate negli agnelli della stessa età.
“Sapevamo da studi precedenti che i tubi ingegnerizzati hanno la capacità di rigenerarsi e crescere in un modello di agnello in crescita, ma la sfida più grande era come mantenere la funzione del volante in un condotto con valvola in crescita che attraversa 40 milioni di cicli in un anno”, ha detto Zeeshan Syedain, il ricercatore principale dello studio e un ricercatore associato senior dell’Università del Minnesota nel laboratorio di Tranquillo. “Quando abbiamo visto come funzionavano bene le valvole per un anno intero, dal giovane agnello alla pecora adulta, siamo rimasti emozionati”.
Tranquillo ha affermato che i prossimi passi sono impiantare la valvola a tre tubi direttamente nel ventricolo destro del cuore per emulare la riparazione chirurgica più comune e quindi avviare il processo di richiesta dell’approvazione della Food and Drug Administration (FDA) statunitense per le sperimentazioni cliniche sull’uomo. nei prossimi anni.
“Se un giorno riuscissimo a far approvare queste valvole per i bambini, la strategia avrebbe un impatto enorme sui bambini che soffrono di difetti cardiaci e sulle loro famiglie che devono affrontare lo stress immenso di molteplici interventi chirurgici”, ha detto Tranquillo. “Potremmo potenzialmente ridurre il numero di interventi chirurgici che questi bambini dovrebbero sopportare da cinque a uno. Questo è il sogno”.
Fonte: Università del Minnesota
