Válvulas cardíacas regenerativas y vasos sanguíneos un paso más cerca
Ilustración de la entrega transcatéter. Fuente: Carlijn Bouten (TU/e).
Las prótesis no degradables para tejidos cardiovasculares se pueden usar para reemplazar válvulas cardíacas y vasos sanguíneos, pero no pueden permanecer en el cuerpo de forma permanente. En dos artículos recientes, los investigadores de TU/e, en colaboración con varios socios clínicos, la Fundación Holandesa del Corazón y las empresas derivadas de TU/e, Suprapolix, Xeltis y STENTiT, demostraron cómo los stents de reemplazo y las válvulas cardíacas hechas de materiales biodegradables pueden ser una solución permanente ya que ayudan al cuerpo a reemplazar los tejidos dañados. Es la primera vez que estas válvulas cardíacas y stents biodegradables de su investigación se evalúan en un entorno preclínico.
Gracias a importantes avances en métodos y materiales, los tejidos cardiovasculares como las válvulas cardíacas y los vasos sanguíneos comprometidos por enfermedades o malformaciones congénitas en el caso de los niños ahora pueden reemplazarse con prótesis.
Sin embargo, la mayoría de las prótesis actuales son pasivas en el sentido de que no ayudan a que las células crezcan cerca del implante y las prótesis no degradables permanecen en el cuerpo de forma permanente. Como resultado, estas prótesis pueden afectar la calidad de vida del paciente con el tiempo. Cuando se implanta en niños con malformaciones congénitas, la prótesis no puede crecer con el cuerpo, lo que hace inevitables más operaciones. Por lo tanto, existe una necesidad considerable de reemplazos protésicos más permanentes.
Con esto en mente, un grupo de investigadores de TU/e, dirigido por Carlijn Bouten y Anthal Smits del departamento de Ingeniería Biomédica, ha explorado la implantación de válvulas cardíacas y vasos sanguíneos de plástico biodegradable que son aceptados por el cuerpo y transformados en tejido vivo en ensayos preclínicos. Recientemente publicaron sus resultados en dos artículos significativos en la revista JACC: Basic to Translational Science.
Estos estudios son significativos dado que los investigadores han necesitado varios años de cuidadosos desarrollos de laboratorio para alcanzar este objetivo crucial. etapa en la que, por primera vez, las válvulas cardíacas biodegradables y los stents de su investigación han sido evaluados en un entorno preclínico.
Tejidos cardiovasculares para jóvenes y adultos por igual
«Estos artículos mostrar algunas de las primeras traducciones de nuestra investigación de ingeniería básica en el campo de la medicina regenerativa para válvulas cardíacas y vasos sanguíneos implantables», dice Bouten. «Para las válvulas cardíacas, nos dirigimos a niños pequeños que aún están creciendo porque las válvulas cardíacas no degradables actuales no funcionan para ellos. Luego, estamos diseñando stents regenerativos para adultos y personas mayores con enfermedades vasculares. Este nuevo stent es diferente del stents actuales, ya que hace que el cuerpo sane la arteria dañada desde el interior, mientras que la estructura del stent solo permanece temporalmente en el cuerpo. Esto puede superar muchos de los riesgos asociados con los stents permanentes».
«En ambos estudios, el trabajo tomó más de tres años, pero finalmente estamos cosechando los tremendos esfuerzos de nuestras grandes colaboraciones interdisciplinarias», agrega Smits. «Excepcional y accidentalmente, los artículos se publicaron con una semana de diferencia».
Stents regenerativos
El estándar de oro para el reemplazo de arterias o venas enfermas son las propias arterias del paciente o venas. Sin embargo, el uso de dichos vasos autólogos (vasos de la misma persona) no siempre es posible debido a una enfermedad vascular, al uso previo de vasos potenciales o cuando se necesitan derivaciones múltiples o prolongadas.
Aunque se fabrican vasos sintéticos disponibles a partir de polímeros no degradables, funcionan mejor para el reemplazo de arterias grandes (diámetros mayores de 6 mm). Los implantes de diámetro más pequeño, como las arterias coronarias o las arterias en la parte inferior de la pierna, corren el riesgo de bloquearse. Este también es un riesgo importante a tener en cuenta cuando se utilizan stents vasculares no degradables para abrir arterias bloqueadas.
Para abordar este problema, los investigadores de TU/e y la empresa derivada STENTiT desarrollaron un implante vascular de pequeño diámetro hecho de un polímero electrohilado biodegradable que se puede insertar en un vaso utilizando el mismo enfoque mínimamente invasivo que el reemplazo transcatéter.
El implante cumplió una serie de funciones clave. En primer lugar, la microestructura fibrosa electrohilada biodegradable del implante proporcionó un entorno adecuado para la colonización y el crecimiento de las propias células del paciente. En segundo lugar, la combinación del polímero biorreabsorbible y el diseño del injerto ayudaron al stent a ejercer la fuerza necesaria para asegurar su posición contra el tejido de la pared vascular. Finalmente, el implante tuvo un impacto positivo en la remodelación de tejidos.
«Los resultados de este estudio preclínico son muy prometedores para futuras aplicaciones en pacientes», dice Bouten. «Ofrece la posibilidad de implantar stents biodegradables en pacientes de una forma mínimamente invasiva que proporciona un mejor soporte estructural en los vasos y reproduce las condiciones que necesitan las células para florecer in situ».
Válvulas cardíacas reabsorbibles
En el segundo artículo, una extensa colaboración codirigida por TU/e y el Centro Médico de la Universidad de Ámsterdam analizó el desarrollo de válvulas cardíacas solubles.
La función de las válvulas cardíacas depende en gran medida de la organización del red de colágeno subyacente. En las válvulas cardíacas maduras, esta red suele formar círculos en el tejido. Esta orientación preferencial de la red asegura la resistencia mecánica de la válvula.
Las válvulas no vivas o sintéticas se pueden usar para reemplazar las válvulas cardíacas enfermas, pero no pueden promover la formación de tejido ni integrarse completamente con el tejido circundante. Esto afecta negativamente la calidad de vida y la esperanza de vida del paciente.
Una alternativa es el uso de válvulas cardíacas libres de células biodegradables, que promueven la colonización de células huésped en la estructura de la válvula, la formación de tejido y la remodelación. . Simultáneamente, el andamio biodegradable es absorbido lentamente por el cuerpo.
Los investigadores produjeron andamios valvulares electrohilados a partir de elastómeros reabsorbibles, con el objetivo de estudiar cómo los diferentes andamios con diferentes alineaciones de red afectaban el crecimiento de tejido nuevo. Uno de los principales hallazgos es que las válvulas implantadas eran capaces de mantener la funcionalidad de la válvula hasta por un año, mientras que el implante de plástico se degradaba y reemplazaba por tejido nuevo que el propio cuerpo regeneraba. Sorprendentemente, sin embargo, ninguno de los andamios condujo a una red de colágeno que consistía en círculos en el tejido como se vería en el tejido normal de la válvula cardíaca.
«La observación de que las válvulas pueden abrirse y cerrarse correctamente durante todo el proceso de regeneración es muy importante», dice Smits. «Sin embargo, este estudio preclínico también subraya que todavía necesitamos una mejor comprensión de la respuesta del cuerpo a nuestros implantes para obtener un control total sobre el tejido que se regenera. El próximo paso implicará una revisión cuidadosa de los diseños de andamios utilizando datos de más pre -ensayos clínicos.»
Explore más
Bioingeniería de válvulas cardíacas vivas Más información: Renee Duijvelshoff et al. El injerto polimérico biorreabsorbible expandible administrado por vía transcatéter con capacidad de colocación de stents induce la regeneración vascular, JACC: Basic to Translational Science (2020). DOI: 10.1016/j.jacbts.2020.09.005
Marcelle Uiterwijk et al. La remodelación in situ anula la arquitectura de andamio bioinspirada de válvulas cardíacas supramoleculares elastoméricas diseñadas por tejido, JACC: Basic to Translational Science (2020). DOI: 10.1016/j.jacbts.2020.09.011