Choroby układu krążenia pozostają najczęstszą przyczyną zgonów na świecie, a zawał serca zajmuje pierwsze miejsce w tej niechlubnej statystyce. Nawet jeśli pacjent przeżyje ostry epizod, jego serce pozostaje osłabione, ponieważ martwe kardiomiocyty zastępowane są przez bliznę. Ta nie przewodzi impulsów elektrycznych ani nie kurczy się jak zdrowy mięsień, co obniża wydolność serca. W najcięższych przypadkach ściana komory serca może ulec rozerwaniu, wymagając natychmiastowej interwencji chirurgicznej.
Czytaj też: Nowe życie po zatrzymaniu serca. Przełomowa technika zwiększa szanse na przeszczep
Do tej pory lekarze mieli do dyspozycji implantowalne łaty wykonane najczęściej z tkanek zwierzęcych, np. otrzewnej bydlęcej. Spełniają one rolę mechanicznego wzmocnienia, ale nie integrują się z ludzkim organem i pozostają ciałem obcym, co w dłuższej perspektywie rodzi ryzyko powikłań: wapnienia, stanów zapalnych czy zakrzepicy.
Łata z drukarki 3D ratunkiem dla serca
Zespół badaczy z Soft Robotics Lab na ETH Zurich, kierowany przez Lewisa Jonesa i prof. Roberta Katzschmanna, podjął się zadania, które od lat stanowi jedno z największych wyzwań współczesnej kardiologii. Postanowili znaleźć alternatywę dla tradycyjnych implantów – materiałów, które jedynie „maskują” problem, ale nie przywracają uszkodzonej tkance jej pierwotnych funkcji. Wynikiem ich pracy stał się RCPatch, innowacyjny implant opracowany z wykorzystaniem technologii druku 3D.
Czytaj też: Prawdziwy zawał serca nie wygląda jak w filmie – a ta niewiedza może zabić
Łata ta została zaprojektowana tak, by pełnić podwójną rolę. Z jednej strony zapewnia natychmiastową stabilizację – zamyka ubytek w ścianie komory i zapobiega groźnym krwotokom. Z drugiej zaś, dzięki zastosowaniu żywych komórek mięśnia sercowego osadzonych w biodegradowalnym ruszcie, działa jak biologiczny katalizator regeneracji. W przeciwieństwie do tradycyjnych rozwiązań, które pozostają w organizmie jako ciało obce, RCPatch został pomyślany tak, by z czasem ulegał całkowitemu rozkładowi, pozostawiając po sobie jedynie odbudowaną i funkcjonalną tkankę.
Prof. Robert Katzschmann z ETH Zurich mówi:
Naszym celem było stworzenie łaty, która nie tylko zamyka defekt, ale też wspiera jego całkowitą naprawę.
Badacze wykorzystali druk 3D i zaawansowane modelowanie komputerowe, by zaprojektować setki wariantów mikroskopijnych struktur kratownicowych. Wybrali tę, której właściwości mechaniczne najbliżej odpowiadają elastyczności i sztywności mięśnia sercowego. Ostateczna konstrukcja to biodegradowalny ruszt z poliestru o regulowanej sztywności, nasączony hydrożelem fibrynowym, w którym umieszczono komórki mięśnia sercowego wyhodowane z indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (iPSC). Dodatkowa cienka siateczka, również wypełniona hydrożelem, ogranicza krwawienie i umożliwia chirurgiczne przyszycie łaty do serca.
Lewis Jones z ETH Zurich dodaje:
Ruszt jest na tyle stabilny, że można go wypełnić hydrożelem z żywymi komórkami. Jego największą zaletą jest to, że całkowicie ulega rozkładowi, gdy komórki połączą się z tkanką serca. Ostatecznie w organizmie nie pozostaje żaden obcy materiał.
W laboratorium komórki zaczęły spontanicznie kurczyć się w rytmie serca już po trzech dniach od osadzenia w ruszcie. Następnie RCPatch testowano w warunkach symulujących pracę serca – poddając go tysiącom cykli rozciągania i kompresji. Kluczowym eksperymentem było jednak przyszycie łaty do serca świni z 8-milimetrowym ubytkiem w lewej komorze. Jak pokazuje badanie opisane w Advanced Materials, po umieszczeniu łaty na bijącym sercu krwawienie ustąpiło niemal natychmiast. Niewielki przeciek utrzymywał się przez ok. 10 minut, ale konstrukcja zachowała integralność nawet pod ciśnieniem krwi.
Należy jednak pamiętać, że jak na razie jest to dowód słuszności koncepcji (POC). Łata została przetestowana tylko w jednym modelu zwierzęcym i przez bardzo krótki czas. Nie wiadomo jeszcze, jak będzie się zachowywała w ciągu tygodni czy miesięcy, ani jak skutecznie poradzi sobie z większymi i bardziej nieregularnymi ubytkami, jakie powstają w realnych przypadkach pęknięcia ściany komory serca. RCPatch nie jest jeszcze gotowy do użycia w klinikach, ale stanowi obiecujący krok w stronę przyszłości, w której lekarze będą w stanie nie tylko zszyć uszkodzone serce, lecz także pomóc mu się odbudować. Jeśli kolejne etapy badań potwierdzą bezpieczeństwo i skuteczność tej metody, możemy być świadkami przełomu, który odmieni los milionów pacjentów po zawale.
