Los investigadores han desarrollado una forma de producir válvulas cardíacas de forma económica en cuestión de minutos que funcionan inmediatamente después de la implantación en ovejas. Los científicos llaman a su método «giro de chorro giratorio enfocado», que describen como «una máquina de algodón de azúcar con un secador de pelo detrás». Aunque se necesitan estudios in vivo a largo plazo para probar la resistencia de las válvulas, controlan eficazmente el flujo sanguíneo por hora en las ovejas. El prototipo aparece el 7 de junio en la revista Matter.
«Dos grandes ventajas de nuestro método son la velocidad y la fidelidad espacial», dice el bioingeniero Michael Peters de la Universidad de Harvard, uno de los primeros autores del estudio. “Podemos crear fibras muy pequeñas, a nanoescala, que imitan la matriz extracelular que las células de las válvulas cardíacas utilizan para vivir y crecer en su interior, y podemos rotar válvulas enteras en cuestión de minutos, a diferencia de las tecnologías disponibles actualmente que pueden tardar semanas o meses. .”
Las válvulas cardíacas pulmonares constan de tres valvas parcialmente superpuestas que se abren y cierran con cada latido cardíaco. Son responsables de controlar el flujo unidireccional de sangre a través del corazón; Con cada latido, se abre por completo para permitir que la sangre fluya hacia adelante y luego se cierra por completo para evitar que la sangre fluya hacia atrás.
Para hacer las válvulas, los investigadores usaron chorros de aire para dirigir el polímero líquido hacia un neumático con forma de válvula, lo que da como resultado una red continua de microfibras. Las válvulas están diseñadas para ser temporales y renovables: proporcionan un andamio poroso para que las células se infiltren, se desarrollen y eventualmente se reemplacen con biodegradación de polímeros.
«Las células funcionan a escala nanométrica, y la impresión 3D no puede alcanzar ese nivel, pero la turbulencia de chorro de espín enfocada puede poner señales espaciales a escala nanométrica allí para que cuando las células se suban a ese andamio, se sientan como si estuvieran yendo, » dice la autora principal y bioingeniera Kate Parker de la Universidad de California, Berkeley. Harvard: «Hay un cierto truco involucrado».
El equipo probó la fuerza, la flexibilidad y la capacidad de las válvulas para abrirse y cerrarse repetidamente usando un repetidor de pulso, un dispositivo que imita el latido del corazón.
«Una válvula cardíaca normal funciona miles de millones de ciclos a lo largo de la vida, por lo que está constantemente tirando, estirando y estimulando», dice Peters. «Tienen que ser muy flexibles y conservar su forma a pesar de estos estímulos mecánicos, y también tienen que ser lo suficientemente fuertes para soportar las presiones de la espalda de la sangre que intenta fluir hacia atrás».
También cultivaron células cardíacas en las válvulas para probar la biocompatibilidad y ver qué tan bien las células podían infiltrarse en los andamios. dice la biofísica Sara Mota, la otra primera autora del estudio, que trabaja en la Universidad de Harvard y la Universidad de Zúrich.
Finalmente, los investigadores probaron la función inmediata de las válvulas en ovejas, que son un buen modelo animal por varias razones: las fuerzas físicas dentro de los corazones de ovejas y humanos son similares, y los corazones de ovejas también representan un entorno «extremo» para las válvulas cardíacas debido a oveja. El metabolismo acelerado del calcio, que presenta un mayor riesgo de desarrollo de depósitos de calcio, es una complicación común para los receptores de válvulas cardíacas.
Los cirujanos implantaron las válvulas en dos ovejas y controlaron su estado y función mediante ultrasonidos durante una hora. Ambas válvulas se implantaron con éxito y funcionaron de inmediato, pero una de las válvulas de la oveja se salió de su lugar después de unos minutos; los investigadores creen que esto sucedió porque era del tamaño incorrecto para el animal. En la segunda oveja, la válvula mostró un buen funcionamiento durante una hora y el análisis posterior al sacrificio indicó que no hubo complicaciones en cuanto a la formación de desgarros o trombos y que las células ya habían comenzado a infiltrarse y adherirse a la válvula.
A continuación, el equipo planea probar el rendimiento de las válvulas durante un período más largo y en un mayor número de ovejas. “Queremos ver qué tan bien funcionan las válvulas durante un período de semanas a meses, y con qué eficacia y rapidez las células y los tejidos de oveja remodelan el andamio”, dice Peters.
«Desarrollar algo que afectará a un paciente humano es un gran esfuerzo, y tiene que llevar mucho tiempo», dice Parker. «Tienes que hacerle mucho a un animal antes de ponerle algo a un humano».
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