Válvulas cardíacas fabricadas en minutos controlan el flujo sanguíneo inmediatamente después de ser implantadas en ovejas

Nov 14, 2023

7 de junio de 2023

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por Prensa celular

Los investigadores han desarrollado un método para producir válvulas cardíacas de forma económica en cuestión de minutos que son funcionales inmediatamente después de ser implantadas en ovejas. Los científicos llaman a su método "Focused Rotary Jet Spinning", que describen como "una máquina de algodón de azúcar con un secador de pelo detrás". Aunque se necesitan estudios in vivo a largo plazo para probar la resistencia de las válvulas, controlaron efectivamente el flujo sanguíneo durante una hora en ovejas. El prototipo aparece el 7 de junio en la revista Matter.

"Las dos grandes ventajas de nuestro método son la velocidad y la fidelidad espacial", dice el bioingeniero Michael Peters de la Universidad de Harvard, uno de los primeros autores del estudio. "Podemos crear fibras realmente pequeñas, a nanoescala, que imitan la matriz extracelular en la que las células de las válvulas cardíacas están acostumbradas a vivir y crecer en su interior, y podemos hacer girar válvulas completas en cuestión de minutos, en contraste con las tecnologías disponibles actualmente que pueden tomar semanas o meses para hacer".

Las válvulas cardíacas pulmonares están formadas por tres valvas parcialmente superpuestas que se abren y cierran con cada latido del corazón. Son responsables de controlar el flujo sanguíneo unidireccional a través del corazón; con cada latido, se abren completamente para permitir que la sangre fluya hacia adelante y luego se cierran completamente para evitar que la sangre fluya hacia atrás.

Para hacer las válvulas, los investigadores usan chorros de aire para dirigir el polímero líquido hacia un marco con forma de válvula, lo que da como resultado una malla sin costuras de fibras diminutas. Las válvulas están diseñadas para ser temporales y regenerativas: proporcionan un andamio poroso para que las células se infiltren, se desarrollen y eventualmente se reemplacen a medida que el polímero se biodegrada.

"Las células operan a escala nanométrica, y la impresión 3D no puede llegar a ese nivel, pero el giro de chorro rotatorio enfocado puede poner señales espaciales a escala nanométrica allí, de modo que cuando las células se arrastran hacia ese andamio, se sienten como si estuvieran en una válvula cardíaca, no en un andamio sintético", dice el autor principal y bioingeniero Kit Parker de la Universidad de Harvard. "Hay un cierto engaño que está involucrado".

El equipo probó la fuerza, la elasticidad y la capacidad de las válvulas para abrirse y cerrarse repetidamente usando un duplicador de pulsos, una máquina que simula los latidos del corazón.

"Una válvula cardíaca normal funciona durante miles de millones de ciclos a lo largo de la vida, por lo que están constantemente tirando, estirando y estimulando", dice Peters. "Tienen que ser muy elásticos y mantener su forma a pesar de estos estímulos mecánicos, y también tienen que ser lo suficientemente fuertes como para soportar las contrapresiones de la sangre que intenta fluir hacia atrás".

También cultivaron células del corazón en las válvulas para probar la biocompatibilidad y ver qué tan bien las células podían infiltrarse en los andamios. "Las válvulas están en contacto directo con la sangre, por lo que debemos verificar que el material no provoque trombosis u obstrucción de los vasos sanguíneos", dice la biofísica Sarah Motta, otra primera autora del estudio, que trabaja en la Universidad de Harvard y la Universidad de Zúrich.

Finalmente, los investigadores probaron la funcionalidad inmediata de las válvulas en ovejas, que son un buen modelo animal por varias razones: las fuerzas físicas dentro de los corazones de las ovejas y los humanos son similares, y los corazones de las ovejas también representan un entorno "extremo" para las válvulas cardíacas debido a la metabolismo acelerado del calcio, que presenta un mayor riesgo de desarrollar depósitos de calcio, una complicación común para los receptores de válvulas cardíacas.

Los cirujanos implantaron las válvulas en dos ovejas y controlaron su posición y función mediante ultrasonidos durante una hora. Ambas válvulas se implantaron con éxito y funcionaron de inmediato, pero la válvula de una oveja se desprendió después de unos minutos; los investigadores creen que esto ocurrió porque era del tamaño incorrecto para el animal. En la segunda oveja, la válvula mostró una buena funcionalidad durante una hora y el análisis post-mortem indicó que no hubo complicaciones en términos de desgarros o formación de trombos y que las células ya habían comenzado a infiltrarse y adherirse a la válvula.

A continuación, el equipo planea probar el rendimiento de las válvulas durante más tiempo y en más ovejas. "Queremos ver qué tan bien funcionan nuestras válvulas en la escala de semanas a meses, y qué tan efectiva y rápidamente las células y los tejidos de las ovejas están remodelando el andamio", dice Peters.

"Desarrollar algo que vaya a entrar en un paciente humano es un trabajo largo, y debería ser largo", dice Parker. "Tienes que hacer muchos animales antes de poner algo en un humano".

Más información: Kevin Kit Parker, Fabricación de válvulas cardíacas bajo demanda mediante giro de chorro giratorio enfocado, Matter (2023). DOI: 10.1016/j.matt.2023.05.025. www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(23)00243-6