Сердечные биоматериалов: Решение головоломки биосовместимость

Отношения между биоматериала и ткани тела так же поверхностно, как это интимное. Если тело любит, что он видит, (именуемые биосовместимость) материал стоит шанс на успех - но только если оно может пройти механическую собрать, особенно если его судьба является предметом сердца и артерий, которые она обслуживает. Сердечно-сосудистой системы биоматериала, в частности, можно ожидать, что будет в значительной степени наделен в области thromboresistance (способность противостоять свертывания крови) и возможность интеграции с местных тканей. Если любой из этих критериев не может быть выполнено, то тело будет отвергать материала, который должен был быть ее партнер на протяжении жизни.

"Для сердечно-сосудистой системы биоматериалы, глобальная тенденция по выпуску продукции, которые являются более посвящен применению через полимерной инженерии, инженерии поверхности и функционализации, нанотехнологии и тканевой инженерии. Эти технологии направлены на улучшение совместимости крови и bioacceptance биоматериалов", говорит Роджер Марчант , директор Центра сердечно-сосудистой биоматериалов в Case Western Reserve Univ. (Кливленд, Огайо, <a target="_blank" href="http://www.cwru.edu" rel="nofollow"> www.cwru.edu </ A>). Параллельно с этим, хирургических методов, а также пред-и пост-хирургические лечения должны пройти основных улучшений, чтобы сделать имплантат системы более надежными, быстрое заживление раз и более общие функции для пациента (см. врезку).

На Haaglanden Медицинский Центр (Гаага, Нидерланды, <a target="_blank" href="http://www.mchaaglanden.nl" rel="nofollow"> www.mchaaglanden.nl </ A>), сердечно-сосудистой системы хирург Александр де Фриза изобрел новый хирургический метод для лечения аневризм. Обычные средства для этого условия включает хирургическое замены пострадавших разделе артерии с синтетическим кровеносного сосуда, как правило, построены из полиэтилентерефталата (ПЭТ). Процедура Де Врис "охватывает небольшой прокол и установка баллона внутри крошечной растянутый аорты (рис. 1). Воздушный шар надувается блокировать приток крови и формы формы, в которой наполнитель имеет право лечить. "Таким образом, мы можем бросить новый интерьер стене артерии, одновременно заполняя полость аневризмы", говорит де Врис.

Ремонт материала, быстро силиконов, отверждаемых полимерных называется Polyfilla, в настоящее время разрабатывается в Delft University (Нидерланды, <a target="_blank" href="http://www.tudelft.nl" rel="nofollow"> www.tudelft.nl </ A>) Яна ван Turnhout, профессор полимерного машиностроения. Ван Turnhout выбрал полидиметилсилоксана (PDMS) в качестве базового материала, поскольку он является биосовместимых, легко поддаются обработке в жидкой форме. Чтобы свести к минимуму время высыхания, материал, легированных несколько частей за миллион драгоценного металла-катализатора. Silica частиц размером менее 5 нм диаметром. добавляются на прочность, не увеличивая вязкость полимера. Материал смешивается на месте, введены в организм через 1 мм диаметром. катетер, лечит менее чем за 5 мин, а также экспонаты механических собрать выдерживать более 400 000 000 импульсов - что эквивалентно примерно 10 лет жизни, в соответствии с де Фриза. "Тот факт, что мы лечить полимеров в естественных условиях является новой, и это делает метод, разработанный де Фриза поистине революционным", говорит ван Turnhout. Испытания наполнителя продолжается, и врачи не могли начать использовать его в качестве лишь 2-3 лет.

Интеграция функциональности

Расширенный медицинских приборов и имплантатов часто требуют биосовместимых материалов, которые активно поддерживают диагностических и лечебных функций. Например, прививки могут быть разработаны для лечения сосудистых заболеваний при одновременном снижении осложнений, таких, как развитие гиперплазии интимы (распространение гладкомышечных клеток на внутренней поверхности искусственных кровеносных сосудов), путем включения препаратов в материалах. Область данных корпорации (Montvale, NJ; <a target="_blank" href="http://www.datascope.com" rel="nofollow"> www.datascope.com </ A>), дочерняя компания InterVascular , Inc (Clearwater, FL; <a target="_blank" href="http://www.intervascular.com" rel="nofollow"> www.intervascular.com </ A>) только что получил FDA разрешение на его Интергард Гепарин сосудистой взяточничества, которая сочетает в себе протез полиэстер с гепарином. "Продукт, который был запущен в феврале 2002 года в США, в первую наркосодержащих сосудистых протезов быть одобрены FDA," говорит Джон Benkoczy, директор Сфера данных по маркетингу.

Между тем, исследователи из штата Северная Каролина Univ. (NCSU, Роли, штат Северная Каролина; <a target="_blank" href="http://www.ncsu.edu" rel="nofollow"> www.ncsu.edu </ A>) разрабатывают стежков (прикрепить сердце клапаны, например), которые придают целебные свойства, сохраняя при этом механической целостности. В лаборатории, полипропиленовых волокон измерения 12-15 м. диам. покрыты рассасыванию 1-2 - (MU) м оболочку polyglycolic сополимер кислоты или polycaprolactam на котором белки, прилагаются. "Некоторые белки могут вызвать воспалительные реакции в тканях они касаются, в результате чего рост гладкомышечных клеток и фибробластов (клеток или, что форма соединительной ткани)," объясняет Мартин Кинг, профессор biotextile инженерии NCSU. "Фибробластов создать матрицу ткани, которая интегрируется с имплантатом," объясняет он.

Thoratec корпорации (Плезантон, Калифорния; <a target="_blank" href="http://www.thoratec.com" rel="nofollow"> www.thoratec.com </ A>) разработала полиуретана (PU ) коронарных обхода взяточничество, называется "Ария", который был имплантирован в 19 пациентов до настоящего времени, и, как ожидается получить одобрение FDA в течение 2-3 лет, по словам Дэвида Фаррар, вице-президент Thoratec о R

Thoratec в сосудистых трансплантатов особенность поверхности модифицированных PU, называется Thoralon, в которую входят полиэфирные-urethaneurea, смешанный с 1-5% силоксановых содержащих поверхностно-модифицирующего агента (SMA), который добавляется при изготовлении. "Когда полимер вылечить, силоксановых в сегменте мягкой SMA мигрирует к поверхности трансплантата, улучшив свои thromboresistance", говорит Фаррар. (Взяточничество в 100 - му) м толщиной просвета (или внешний) слой микропористой структурой, что способствует заживлению с естественным кровеносного сосуда после операции. Микропористости достигается путем легирования полиуретановых решение с солью, которая в ходе лечения, создает отверстия размером примерно 5-35 (MU) м в диаметре.

Поверхность перфекционизма

Понимание основ белков и клеточных взаимодействий с поверхностями, имеет ключевое значение для разработки биоматериалов, которые способны лучше интегрировать и функции в организме. "Есть много способов изменить поверхности материала по содействию биосовместимость", говорит Карстен Вернер, доцент полимерных биоинженерии Института полимерных исследований Дрезден / Макс Бергманн Центр биоматериалов (ОПЗ; Дрезден, Германия; <A HREF = "HTTP : / / www.ipfdd.de "целевых =" _blank "относительной =" NOFOLLOW "> www.ipfdd.de </ A>). Начиная с медицински обоснованное объемных полимеров в качестве носителя материалов (например, политетрафторэтилен, или ПТФЭ и полипропилена, или PP), исследователи в ОПЗ использования поверхностно-модификация методов, таких как лечение плазмы низкого давления, чтобы активировать химически инертных полимерных поверхностей. После того как поверхность активированного, антикоагулянты ферментов и ферментов (например, человека тромбомодулин) ковалентно иммобилизованных на полимерах, чтобы предотвратить свертывание.

В настоящее время, МГЛ сотрудничает с Merck развивать гидрогеля покрытием баллонные катетеры для быстрого, локализованных доставки новых тромбоцитов ингибитора для предотвращения рестеноза после имплантации стентов сердечно-сосудистой системы. Рестеноз возникает, когда рассматриваются кровеносного сосуда (открываются стента, например) становится завалили либо свертывания крови на поверхности или гладкие пролиферации клеток мышц.

"Биомиметические материалы - самоорганизации полимерных молекул имитируют свойства и биологические функции природной ткани - будет играть важную роль в разработке материалов с улучшенными биосовместимость, говорит Марчант. Одним из примеров является использование самоорганизации полимеров гребень представить клеточных клейкой пептидов на сердечно-сосудистую устройств, таких как сосудистые трансплантаты. Эта система позволяет эндотелиальных клеток, которые тянутся по поверхности всех природных кровеносные сосуды, которые будут, выращенных на поверхности трансплантата, тем самым сохраняя ячейки - стабильность сцепления и нормальной клеточной функции под действием сил течет кровь судна. Другим примером является использование самосборки гребень полимеры, которые содержат углеводов молекул (которые имитируют гликокаликса поверхности клеток ("сахар-покрытие" присутствует на всех клеток). Биомиметических гликокаликса предотвращает белков крови и тромбоцитов, от прилипания к сердечно-сосудистой поверхности устройства и улучшает совместимость крови.

На Технологический университет Чалмерса (Gotenborg, Швеции, <a target="_blank" href="http://www.chalmers.se" rel="nofollow"> www.chalmers.se </ A>), исследователи работают нанометрового размера пузырьков липидных молекул, которые могут быть сделаны, чтобы сломать и спонтанно в виде тонкой двухслойной пленки (около 4 нм) на поверхности твердого тела, которые затем противостоять адсорбции белков и клеток ", говорит Дункан Сазерленд, руководитель проекта, отдел прикладной физики в Чалмерс. микроэлектроники кремния - пластины используется технология точно картина химии поверхности и топографии. При монтаже потенциально биосовместимых материалов для сердечно-сосудистой приложений работы в лаборатории, делая поверхность, что может быть использовано в клинических условиях не легко, в соответствии с Сазерленд. "условия в организме может быть резким и материалы должны быть сильными и достаточно стабильна, чтобы выжить и имплантации и срока пользования", предупреждает он.

Подобные исследования ведутся на Нанобиотехнологии центр (NBTC) из Корнельского Univ. (Г. Итака, штат Нью-Йорк; <a target="_blank" href="http://www.cornell.edu" rel="nofollow"> www.cornell.edu </ A>), где ученые применения фотолитографии, мягкой литографии и синтеза полимеров формирования биосовместимых, nanofabricated поверхностей и трехмерных структур. "Эти методы и материалы уже применяются в развитых сортировки ДНК, выделение спинномозговой жидкости белков и нейронные сети и контроля роста", говорит Грэм Kerslick, заместитель директора, NTBC.

Тканевая инженерия

Ограниченное наличие сердечной ткани к регенерации и нехватки органов для трансплантации внесли на необходимость более широкого круга трансплантации сердечной ткани - и тканевая инженерия открывает возможность создания функциональных эквивалентов ткани. "Человеческие эмбриональные клетки, из-за их потенциальной способностью дифференцироваться в различные типы клеток, может быть полезна как источник клеток для тканевой инженерии", говорит Роберт большего размера, профессор химического и биомедицинской инженерии в Массачусетском технологическом институте (MIT; Cambridge, MA ; <a target="_blank" href="http://www.mit.edu" rel="nofollow"> www.mit.edu </ A>). Исследователи из Массачусетского технологического института обладают различными человеческих эмбриональных стволовых клеток в эндотелиальные клетки, которые способны образовывать "сосудистого типа" структур (рис. 2). В лаборатории Лангера, эндотелиальные клетки были посеяны на биологически леса, которые затем имплантированы в мышей. Эшафот имплантаты стали инкапсулируется волокнистой соединительной ткани, которая пронизана мыши крови. "Некоторые имплантаты, содержащиеся клеток крови мышей, предполагая, что они интегрированы с мыши сосудистой структуры, чтобы стать функциональным кровеносных сосудов," говорит больше. "С дальнейшей работы, эти клетки могут быть использованы в таких приложениях, как новые кровеносные сосуды и эндотелиальные клетки в трансплантации сердца миокарда регенерации.".

Есть основные технические препятствия, которые необходимо преодолеть для того, чтобы инженерных сердечно-сосудистых тканей (например, клапан сердца, кровеносных сосудов и т.д.) должны быть осуществимыми. Эти препятствия включают методы контроля и / или манипулировать роста клеток, дифференциация, синтез внеклеточного матрикса и организации, которые, в свою очередь влияют на механическую прочность, долговечность и интеграции с принимающей ткани. "Что такое часто само собой разумеющимися являются вопросы, связанные с" сокращение к практике ", говорит Дэниел Mooradian, главный ученый, Synovis хирургические инновации, Div. Synovis из жизни Technologies, Inc (оба из Сент-Пол, MN; < HREF = "http://www.synovissurgical.com" целевых = "_blank" относительной = "NOFOLLOW"> www.synovissurgical.com </ A>). кровеносных сосудов, например, это не просто канал для крови, , а скорее сложный орган, как с структурной и функциональной точки зрения. Это создает гарантии качества и нормативных вопросов, которые могут быть серьезным препятствием для успешной коммерциализации ткани конструктивных изделий. "Даже при такой изменчивости не имеет реального влияния на производительность, он может оказывать влияние на принятие клиентом и пользоваться ", говорит Mooradian. Успех, как, вероятно, зависит как от развития надежных производственных процессов, как и на новых знаний, связанных с тканей и органов структуры и функции ..

Рита D'Акино