Поиск - новости науки и техники

Новый путь к сердцу. “Сотканные” в НМИЦ им. академика Е.Н. Мешалкина тканеинженерные протезы меняют идеологию операций.

В школьные годы я зачитывалась книгой кардиохирурга Николая Амосова “Мысли и сердце”. Воображение легко рисовало бригаду врачей над неподвижным телом пациента со вскрытой грудной клеткой. Но в ближайшем будущем операции по имплантации, например, аортального клапана, пораженного стенозом, будут выглядеть совсем по-другому: делается прокол или небольшой разрез в тазобедренной артерии, туда вводится протез клапана на специальной системе доставки, система проходит долгий путь к сердцу по артериям под рентгеновским контролем и, наконец, замещает поврежденный орган. Так выглядит транскатетерное эндоваскулярное замещение аортального клапана. Учитывая, что основной процент больных, страдающих стенозом аортального клапана, – люди в возрасте 75 лет и старше, трудно переоценить смену технологии и уход от открытого масштабного хирургического вмешательства, которое, как правило, связано с риском для жизни пожилого пациента. Другая категория “сердечников”, выигрывающих от реализации проекта “Разработка тканеинженерных конструкций для открытого и транскатетерного замещения элементов сердечно-сосудистой системы”, поддержанного Российским научным фондом, – дети с врожденным пороком сердца, страдающие от стеноза клапана легочной артерии. Особенности тканеинженерной конструкции протеза – своего рода матрицы, которая в будущем обрастает собственными тканями организма, – позволят избежать повторения операций замены клапана по мере роста маленького пациента. Благодаря четырехлетнему гранту (2017-2020 годы) коллектив сотрудников Национального медицинского исследовательского центра им. академика Е.Н.Мешалкина должен подготовить к регистрации целую линейку протезов нового поколения – с использованием подходов регенеративной медицины для их создания и технологий эндоваскулярной хирургии для имплантации.
Как соткать клапан
Наибольшее впечатление на молодых участников команды проекта произвело наблюдение за процессом изготовления аортального клапана при помощи электроспиннинга. На металлическую основу, которая называется электрод-коллектор, укладываются нити полимера, выходящие под воздействием электромагнитных полей из электрода-фильеры, в которую подается раствор полимера (или полимеров). Молодые врачи признавались, что раньше даже не могли себе представить существование таких “космических” технологий.
– Чтобы делать отвечающие современным требованиям изделия для сердечно-сосудистой хирургии, необходимы и современные научные разработки, – рассказывает заведующий лабораторией биомедицинских технологий НМИЦ кандидат биологических наук. Павел Лактионов. – Первый образец аортального клапана с помощью электроспиннинга мы сделали еще в 2015 году, но из-за отсутствия средств некоторое время технологию не совершенствовали. В 2018-м американские коллеги впервые опубликовали статью, в которой была описана методика изготовления таких клапанов. Они сделали то, что у нас три года назад не получилось, но о каких-то тонкостях, видимо, умолчали, потому что повторить их способ тоже не удалось. В итоге мы решили проблему другим путем и создали такие же по форме и функционалу клапаны, как предлагают американцы, но из своих материалов и по своей технологии. 
Наш проект состоит из нескольких больших блоков и разбит по годам: сначала мы исследуем материалы, которые в дальнейшем можно использовать для сердечно-сосудистой хирургии, применяя новейшие методы, например, NGS-секвенирование для оценки функционального статуса эндотелиальных клеток, которые растут на поверхностях имплантированных конструкций. С помощью комплекса химических методов изучаем, как себя ведут компоненты в составе полимерных материалов, а также изделия в разных средах и под разной нагрузкой. На основе полученных знаний выбираем материалы, делаем из них нужную вещь и проводим доклинические испытания – тестируем на лабораторных животных. Сейчас практически закончили испытания протезов сосудов малого диаметра на крысах. Протезы нового поколения были сделаны методом электроспиннинга из биосовместимых и гемосовместимых материалов. Кстати, приступив к реализации проекта, мы выяснили, что свойства планируемого в качестве материала для протезов полимера – политриметиленкарбоната – были весьма преувеличены авторами статей, потому нам пришлось переключиться на полиуретаны. Это прочные эластичные полимеры с хорошими механическими свойствами и отличной биосовместимостью. Конкурентов у нас немного – израильская компания Nikast выпускает похожие протезы для сосудистого доступа при гемодиализе, есть еще, по меньшей мере, одна компания, занимающаяся электроспиннингом сосудов в США. Наличие конкурентов подтверждает, что мы идем по правильному пути. В 2019 году мы уже должны выдать готовые изделия, которые могут быть использованы в качестве аортальных клапанов и стент-графтов для транскатетерной доставки, обеспечив тем самым наших коллег-хирургов материалом для отработки операций на подопытных животных.
Малой кровью
– Можете перелистать гору медицинских журналов и монографий, но описания технологии транскатетерной имплантации не найдете, – комментирует ведущий научный сотрудник Центра интервенционной кардиологии, рентгенэндоваскулярный хирург кандидат медицинских наук Евгений Кретов. – Чтобы написать протокол операции и критерии оценки, мы в этом году даже провели в нашем специально оборудованном для таких операций виварии транскатетерные имплантации протезов предыдущего поколения свиньям, у которых размер аортального клапана почти совпадает с человеческим. В конце 2018 года приступили к стендовым испытаниям эндоваскулярного аортального клапана и аортального стент-графта, чтобы понять, соответствуют ли они допустимым нормам. Если стендовые испытания подтвердят, что устройства функционируют нормально, в 2019 году мы перей­дем к доклиническим испытаниям – будем имплантировать протезы крупным животным, чтобы наблюдать их работу в живом организме с течением времени. Основная идеология проекта в том, что не производится замещение органов искусственными материалами на длительное время. Мы имплантируем матрицу, основу, в которую могут интегрироваться собственные клетки организма, замещая ее. Причем согласно той норме, которая работает в данном организме. В конечном итоге это должен быть орган, не отличающийся от собственного нормально функционирующего клапана. По сути, мы работаем над пожизненной заменой клапана, уходя от разрушения протезов через 10-15 лет и, соответственно, повторных операций. Особенно важна наша технология для детей с врожденными пороками сердца: мы предлагаем замещение собственными тканями утраченных функций клапана легочной артерии. Большая польза проекта и в том, что он дает возможность использовать накопленные нами компетенции и отработать технологию операций завтрашнего дня. Это колоссальный труд, очень сложная технология, работает большой коллектив. Думаю, если мы сможем описать результаты доклинических испытаний, изложить методику эндоваскулярных транскатетерных имплантаций, скажем, в монографии, это очень облегчит жизнь нашим коллегам по всему миру и даже даст толчок многим новым научным направлениям. Трудно быть первыми, и хорошо, если другие хирурги смогут использовать наш опыт.
Наука и производство
– Проект стал возможным именно потому, что наш медицинский центр находится в Новосибирском Академгородке, – продолжает Павел Петрович Лактионов. – Современные подходы к изготовлению матриксов, химический синтез компонентов, условия для выполнения клеточной части работы есть в Институте химической биологии и фундаментальной медицины. Самые современные методы исследования матриц (РФЭС, ИК-Фурье, СЭМ, МУРР), с которыми мы работаем, имеются в Институте катализа СО РАН. Конфокальная флуоресцентная микроскопия делается в ЦКП “Микросокпия” (ИЦИГ СО РАН), равно как и часть операций на животных и постоперационных исследований (МРТ, в SPF-виварии ИЦИГ-а), механические испытания – в центре “Механика” (ИГиЛ СО РАН). Исследование профилирования экспрессии генов выполняет коллектив ученых с участием сотрудников Института молекулярной и клеточной биологии, а изучать механические свойства материалов нам помогает команда специалистов Института гидродинамики под руководством Алексея Шутова.
По словам руководителя проекта директора НМИЦ академика Александра Караськова, особая польза грантов РНФ по программе поддержки лабораторий мирового уровня в том, что они выводят ученых на прямое взаимодействие с индустриальными партнерами, – по условиям конкурса необходимо софинансирование со стороны производственников.
– По гранту мы получаем 108 миллионов рублей из федерального бюджета в течение четырех лет, а еще 20 миллионов вкладывает наш давний партнер и основной заказчик компания “Ангиолайн”, – делится подробностями заместитель директора НМИЦ член-корреспондент РАН Евгений Покушалов. – За годы реализации проекта мы должны пройти путь от изучения материалов и разработки протезов до создания образца продуктов, которые в дальнейшем пойдут на производство. Причем эта линейка продуктов сразу разрабатывается с учетом особенностей производственной площадки, где будет налажен их выпуск. Мы должны подготовить не только образцы, но и весь пакет документов для медицинской сертификации изделий. Наши тканеинженерные конструкции не имеют российских аналогов, и будут превосходить зарубежные по многим параметрам. Например, импортный аортальный клапан стоит 1,5 миллиона рублей, а отечественный должен быть, как минимум, в два раза дешевле. Нам в этом плане работать комфортно: нет проблем с привлечением внебюджетных средств, поскольку давно с нами сотрудничающие компании испытывают реальную потребность в скорейшем запуске в производство таких изделий. Очевидная польза гранта Российского научного фонда в том, что государство берет на себя часть рисков и дает ученым возможность довести разработку до создания промышленного образца. Надеюсь, выполнение проекта принесет существенную пользу стране, поскольку будет налажено производство целой линейки отечественных продуктов там, где сегодня используются исключительно импортные изделия. Выиграют все: ученые, промышленники, врачи и, конечно, пациенты.
Ольга КОЛЕСОВА
Фото предоставлено НМИЦ им. академика Е.Н.Мешалкина

Нет комментариев