Νέα τεχνητά αιμοφόρα αγγεία μπορούν να σώσουν ζωές

Ερευνητές από την Αυστραλία δημιούργησαν μια νέα κατηγορία τεχνητών αιμοφόρων αγγείων που μιμούνται τα φυσικά και μπορούν να εξελιχθούν σε ζωντανά αγγεία μετά από εμφύτευση στο σώμα.

Περίπου 60.000 μίλια «βιολογικών σωληνώσεων» υφαίνουν ένα πυκνό δίκτυο μεταφοράς αίματος στο σώμα μας. Αναπόφευκτα κατά τη μεταφορά μπορεί να προκύψουν διαρροές και αποφράξεις αλλά, δυστυχώς, η επιδιόρθωση είναι πολύ πιο δύσκολη από την απλή αντικατάσταση ενός σωλήνα όπως συνήθως κάνουμε στο μπάνιο μας.

Οι συνέπειες των κατεστραμμένων αιμοφόρων αγγείων μπορεί να αρχίζουν από έναν μικρό μώλωπα και να φτάνουν έως έμφραγμα του μυοκαρδίου, που είναι μια από τις  κύριες αιτίες θανάτου παγκοσμίως. Οι αντικαταστάσεις αγγείων θα μπορούσαν να βελτιώσουν το επίπεδο διαβίωσης ενός ατόμου ή κυριολεκτικά να σώσουν ζωές, αλλά τα αιμοφόρα αγγεία αποτελούν ένα φυσικό κατόρθωμα της βιολογίας και της μηχανικής που δεν αναπαράγεται εύκολα.

Η χρήση αυτόλογων αγγειακών μοσχευμάτων δεν είναι πάντα δυνατή και τα εμπορικά διαθέσιμα συνθετικά μοσχεύματα στην πλειονότητά τους δυσκολεύονται να εναρμονιστούν με την εγγενή πολυπλοκότητα των φυσικών αγγείων, παρουσιάζουν σημαντικά μειωμένη βατότητα με την πάροδο του χρόνου όταν χρησιμοποιούνται ως αγγειακά μοσχεύματα μικρής διαμέτρου (1-6 mm), λόγω θρόμβωσης και επαναστένωσης, ενώ λόγω της μη αποικοδομήσιμης φύση τους δεν υποστηρίζεται η πλήρης αρτηριακή αναγέννηση.

Μια νέα προσέγγιση, που περιγράφεται λεπτομερώς στο Advanced Materials, δημιούργησε ένα τεχνητό αγγειακό μόσχευμα μικρής διαμέτρου που μιμείται τη βιολογική δομή των αγγείων και που μπορεί να γίνει αποδεκτό στο σώμα με την πάροδο του χρόνου, ενισχύοντας τη φυσική αρτηριακή αναγέννηση

Πολυπλοκότητα αντιγραφής

Τα αιμοφόρα αγγεία είναι εύκαμπτα αλλά πολύ ισχυρά. Είναι ανθεκτικά και προσαρμόζονται στη στρέβλωση και στις μεταβαλλόμενες συνθήκες. Αυτά τα χαρακτηριστικά αποδίδονται στη δομή και στη σύστασή τους, όπου ομόκεντροι δακτύλιοι ελαστίνης και κολλαγόνου, ενός εξαιρετικά ελαστικού συνδετικού ιστού, εναλλάσσονται με στρώματα λείων μυϊκών κυττάρων.

Προηγούμενες προσπάθειες δημιουργίας εμφυτεύσιμων βιοαποδομήσιμων αγγειακών μοσχευμάτων μικρής διαμέτρου που δεν παρουσιάζουν χωρικά αναγεννημένη, οργανωμένη ελαστίνη, που δεν ενθαρρύνουν τη φυσική αρτηριακή αναγέννηση και που τείνουν να φράζουν με την πάροδο του χρόνου απέτυχαν.

Οι ερευνητές από το πανεπιστήμιο του Σίδνεϋ προτείνουν τώρα ένα μη πορώδες βιοαποικοδομήσιμο αγγειακό μόσχευμα από τον συνδυασμό τροποελαστίνης (το φυσικό δομικό στοιχείο της ελαστίνης) και ενός εξαιρετικά ελαστικού και αποικοδομήσιμου βιοϋλικού, που ονομάζεται PGS.

 «Το τεχνητό αγγειακό μόσχευμα μικρής διαμέτρου που προτείνουμε κατασκευάζεται από δύο μόνο φυσικά υλικά που είναι καλά ανεκτά από το σώμα και που διευκολύνουν τον de novo σχηματισμό μιας δομικά κατάλληλης περιοχής που περιέχει ελαστίνη μετά την εμφύτευση», δήλωσε στο Advanced Science News ο Ziyu Wang, επικεφαλής συγγραφέας και μέλος της ερευνητικής ομάδας. «Η τροποελαστίνη συσκευάζεται σε ένα ελαστικό περίβλημα και διαχέεται σταδιακά στο κατεστραμμένο αγγείο προάγοντας τον σχηματισμό εξαιρετικά οργανωμένων, φυσικών μιμήσεων των λειτουργικών αιμοφόρων αγγείων».

Αυτό το τεχνητό αγγειακό μόσχευμα παρέχει ένα πρότυπο για την αρτηριακή αναγέννηση και στη συνέχεια, όταν το σύστημα επισκευαστεί, εξαφανίζεται όπως αφαιρούμε τους τροχούς εκπαίδευσης από το ποδήλατο ενός παιδιού όταν εκείνο μάθει.

Ζωντανό τεχνητό αιμοφόρο αγγείο

Στην τρέχουσα μελέτη, οι ερευνητές εμφύτευσαν την τεχνητή αυτή δομή στην κοιλιακή αορτή ποντικών, στην κύρια αρτηρία που μεταφέρει αίμα από την καρδιά, και παρατήρησαν ότι μέσα σε 8 εβδομάδες, δημιουργήθηκαν διακριτά φυσικά προφίλ λείων μυϊκών κυττάρων και ελαστίνης γύρω από τη δομή. Μετά από 8 μήνες, οι συνδετικές ίνες κολλαγόνου είχαν ωριμάσει και η αρτηρία είχε συγκρίσιμο πάχος και απόδοση με μια φυσική, υγιή αορτή.

«Η φύση, με την πάροδο του χρόνου, μετατρέπει αυτόν τον τεχνητό σωλήνα σε έναν που μοιάζει, συμπεριφέρεται και λειτουργεί σαν ένα πραγματικό αιμοφόρο αγγείο», δήλωσε ο ανώτερος συγγραφέας της μελέτης, Anthony Weiss. «Η ικανότητα της τεχνολογίας να αναδημιουργεί τη σύνθετη δομή του βιολογικού ιστού δείχνει ότι έχει τη δυνατότητα όχι μόνο να κατασκευάζει αιμοφόρα αγγεία για να βοηθήσει στις χειρουργικές επεμβάσεις, αλλά επίσης θέτει τη βάση για μελλοντική δημιουργία άλλων συνθετικών ιστών όπως οι καρδιακές βαλβίδες».

Η αποδοχή από το φυσικό σύστημα του τεχνητού αγγειακού μοσχεύματος που μπορεί να αναπτυχθεί ως αγγείο και να προσαρμοστεί στο σώμα αντί να αποτελεί μια άκαμπτη δομή που γίνεται όλο και πιο ακατάλληλη με την πάροδο του χρόνου, είναι σημαντική για όλους τους ασθενείς, αλλά ιδιαίτερα για τα παιδιά.

«Επί του παρόντος, όταν τα παιδιά υποφέρουν εξαιτίας της δυσλειτουργίας μη φυσιολογικών αγγείων, οι χειρουργοί δεν έχουν άλλη επιλογή από το να χρησιμοποιούν συνθετικά αγγεία που λειτουργούν καλά για μικρό χρονικό διάστημα. Ωστόσο, αναπόφευκτα τα παιδιά χρειάζονται επιπλέον χειρουργικές επεμβάσεις καθώς μεγαλώνουν. Αυτή η νέα τεχνολογία παρέχει τη συναρπαστική βάση ώστε τα τεχνητά αιμοφόρα αγγεία να συνεχίσουν να αναπτύσσονται με την πάροδο του χρόνου», λέει ο συν-συγγραφέας Christopher Breuer από το Κέντρο Αναγεννητικής Ιατρικής στο Nationwide Children’s Hospital.

Αυτή η ευελιξία σε οποιεσδήποτε μελλοντικές αλλαγές στο σώμα καθιστά αυτά τα κατασκευασμένα αγγεία ως ιδανική λύση για κατεστραμμένα αγγεία. Τα οφέλη αυτών των εύκαμπτων, προσαρμόσιμων αγγείων με τελειοποιημένη δομή ελαστίνης θα μπορούσαν να επεκταθούν πέρα ​​από τα άμεσα βελτιωμένα αποτελέσματα της χειρουργικής επέμβασης, σε μακροπρόθεσμες εφαρμογές που στοχεύουν στη βελτίωση της ανθρώπινης ζωής.