Искусственный клапан с пружинами растянулся вслед за растущей легочной артерией

Американские ученые разработали искусственный сердечный клапан, который самопроизвольно адаптируется к росту сердца с помощью пружинного механизма и сверхупругих свойств нитинола. Исследования на поросятах показали, что устройство диаметром 8–9 миллиметров при имплантации через шесть месяцев увеличилось пропорционально легочной артерии до 13 миллиметров без каких-либо хирургических вмешательств после имплантации. Такой клапан может быть широко использован у детей с врожденными пороками сердца. Описание концепта представлено в Science Advances.

Считается, что ежегодно более одного миллиона детей во всем мире рождаются с врожденными пороками сердца. Хотя за последние десятилетия кардиохирургия достигла немалых успехов в лечении таких пациентов, почти половина смертей происходит в первый год жизни. Так, пороки клапанов составляют примерно пятую долю от всех сердечных пороков, и они часто требуют хирургического вмешательства в течение первых нескольких дней или месяцев после рождения.

Основной проблемой в долгосрочной перспективе становится тот факт, что искусственный клапан не растет вместе с сердцем ребенка, а значит требуются дополнительные операции для его постоянной замены. Ребенку, которому до двух лет заменили сердечный клапан, предстоит перенести еще до пяти операций на открытом сердце до достижения совершеннолетия. Поэтому существует острая потребность в концептуальной разработке устройств, которые бы не требовали постоянной замены и проведения торакальных операций. Предыдущие подобные разработки требуют значительных логистических и экономических затрат, из-за чего они пока не находят должного применения в клинике.

Группа биоинженеров под руководством Корина Уильямса (Corin Williams) из некоммерческой исследовательской Лаборатории Чарльза Старка Дрейпера разработала клапан LEAP (Low-force Expanding / Adaptable Pediatric), который самопроизвольно адаптируется к росту сердца и сосудов, увеличивая диаметр с 7 до 14 миллиметров. В его устройстве использовали две технологии: стент с пружинным механизмом для самопроизвольного расширения и биологический венозный клапан, который может поддерживать функцию при увеличении диаметра. Пока разработка предназначена для замены клапана легочной артерии.

Сжатый до семи миллиметров стент из сверхупругого нитинола должен действовать как пружина, оказывающая незначительное постоянное давление на стенку сосуда, которое уравновешивается давлением тканей сосуда и не позволяет стенту полностью раскрыться. По мере роста сердца окружающие ткани будут смещаться, и устройство самопроизвольно увеличится в диаметре из-за пружинного механизма. Клапан, находящийся внутри стента, расширяется вместе с ним: створки будут терять площадь соприкосновения, но будут сохранять сцепление и функционировать. Как только клапан LEAP достигнет своего максимального диаметра в 14 миллиметров, стент перейдет в состояние нулевого напряжения и больше не будет самопроизвольно расширяться.

Для проверки функциональности разработанного устройства ученые имплантировали клапан LEAP в легочную артерию четырем юкатанским минипигам в возрасте от 46 до 56 дней. Одна имплантация не удалась, а за троими из них наблюдали несколько недель. Эхокардиография показала хорошую работу клапана, о чем свидетельствовали движение створок и кровоток через клапан без стеноза или протечек. Измерение диаметра легочной артерии подтвердило, что радиальное давление стента достигло равновесия с жесткостью сосуда. Патологоанатомическое исследование не выявило тромбоза или сгустков на створках клапана.

Чтобы оценить степень адаптации клапана к росту сердца минипигов, исследователи проанализировали сердечную гемодинамику у животных через четыре, пять и шесть недель после имплантации. Ученые отметили последовательное увеличение диаметра стента вместе с ростом легочной артерии: финальный размер достиг 13 миллиметров. Цветная допплеровская визуализация не выявила регургитации в области стента, а створки клапана продолжали эффективно функционировать.

По мнению ученых их разработка потенциально может изменить стандарты оказания медицинской помощи детям с врожденными пороками сердца, которым необходимы технологии адаптивных к быстрому росту устройств. Потребуется еще ряд доклинических исследований, однако в ближайшее время авторы технологии рассчитывают инициировать и клинические испытания на людях.

Ранее мы рассказывали, что долгосрочная выживаемость оказалась выше при использовании механических протезов аортального клапана, а не биологических.