Le cœur humain bat environ 35 millions de fois chaque année, pomper efficacement le sang dans la circulation via quatre valves cardiaques différentes. Malheureusement, chez plus de quatre millions de personnes chaque année, ces tissus délicats fonctionnent mal en raison de malformations congénitales, détériorations liées à l'âge, et les infections, provoquant une maladie des valves cardiaques.
Aujourd'hui, les cliniciens utilisent soit des prothèses artificielles, soit des tissus fixes provenant d'animaux et de cadavres pour remplacer les valves défectueuses. Bien que ces prothèses puissent restaurer la fonction cardiaque pendant un certain temps, ils sont associés à une comorbidité et à une usure indésirables et doivent être remplacés lors de chirurgies invasives et coûteuses. De plus, chez les enfants, les prothèses de valves cardiaques implantées doivent être remplacées encore plus souvent car elles ne peuvent pas grandir avec l'enfant.
Une équipe dirigée par Kevin Kit Parker, doctorat au Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de l'Université Harvard, a récemment développé une technique de fabrication de nanofibres pour fabriquer rapidement des valves cardiaques avec un potentiel de régénération et de croissance. Dans un article publié en Biomatériaux , André Capulli, doctorat et ses collègues ont fabriqué un réseau de nanofibres en forme de valve qui imite les propriétés mécaniques et chimiques de la matrice extracellulaire de valve native (ECM). Pour y parvenir, l'équipe a utilisé la technologie exclusive de filage à jet rotatif du laboratoire Parker - dans laquelle une buse rotative extrude une solution ECM en nanofibres qui s'enroulent autour de mandrins en forme de valve cardiaque. "Notre installation est comme une machine à barbe à papa très rapide qui peut filer une gamme de matériaux synthétiques et naturels. Dans cette étude, nous avons utilisé une combinaison de polymères synthétiques et de protéines ECM pour fabriquer des JetValves biocompatibles qui sont hémodynamiquement compétentes lors de l'implantation et soutiennent la migration cellulaire et le repeuplement in vitro. Surtout, nous pouvons fabriquer des JetValves à taille humaine en quelques minutes - beaucoup plus rapidement que possible pour d'autres prothèses régénératives, " dit Parker.
Pour continuer à développer et tester le potentiel clinique de JetValves, L'équipe de Parker a collaboré avec l'équipe translationnelle de Simon P. Hoerstrup, MARYLAND., Doctorat., à l'Université de Zurich en Suisse, qui est une institution partenaire avec le Wyss Institute. En tant que leader des prothèses cardiaques régénératives, Hoerstrup et son équipe à Zurich ont déjà développé des systèmes régénératifs, valves cardiaques fabriquées par génie tissulaire pour remplacer les valves cardiaques mécaniques et à tissus fixes. Dans l'approche de Hoerstrup, les cellules humaines déposent directement une couche régénérative d'ECM complexe sur des échafaudages biodégradables en forme de valves et de vaisseaux cardiaques. Les cellules vivantes sont ensuite éliminées des échafaudages, ce qui donne des prothèses à base de matrice humaine « sur étagère » prêtes à être implantées.
Dans le journal, l'équipe interdisciplinaire a implanté avec succès des JetValves chez des moutons à l'aide d'une technique peu invasive et a démontré que les valves fonctionnaient correctement dans la circulation et régénéraient de nouveaux tissus. « Dans nos études précédentes, les échafaudages enduits d'ECM dérivés de cellules pourraient recruter des cellules du cœur de l'animal récepteur et favoriser la prolifération cellulaire, remodelage matriciel, régénération tissulaire, et même la croissance des animaux. Bien que ces valves soient sûres et efficaces, leur fabrication reste complexe et coûteuse car les cellules humaines doivent être cultivées longtemps dans des conditions fortement réglementées. Le processus de fabrication beaucoup plus rapide de la JetValve peut changer la donne à cet égard. Si nous pouvons reproduire ces résultats chez l'homme, cette technologie pourrait avoir des avantages inestimables en minimisant le nombre de réopérations pédiatriques, " dit Hoerstrup.
À l'appui de ces efforts de traduction, le Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering et l'Université de Zurich ont annoncé aujourd'hui un effort d'équipe interinstitutionnel pour générer un remplacement de valve cardiaque fonctionnel avec la capacité de réparation, régénération, et la croissance. L'équipe travaille également à une version de qualité GMP de leur évolutif, et un processus de fabrication rentable qui permettrait le déploiement à une large population de patients. En outre, la nouvelle valve cardiaque serait compatible avec les procédures minimalement invasives pour les patients pédiatriques et adultes.
Le projet sera mené conjointement par Parker et Hoerstrup. Parker est membre du corps professoral du Wyss Institute et professeur de la famille Tarr de bio-ingénierie et de physique appliquée à la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS). Hoerstrup est président et directeur de l'Institut de médecine régénérative de l'Université de Zurich (IREM), Co-directeur du Wyss Translational Center Zurich récemment fondé et membre associé du corps professoral du Wyss Institute.
Étant donné que les JetValves peuvent être fabriquées dans toutes les formes et tailles souhaitées, et prendre quelques secondes à quelques minutes pour produire, l'objectif de l'équipe est de fournir sur mesure, prêt à l'emploi, valvules cardiaques régénératives beaucoup plus rapidement et à un coût beaucoup plus bas que ce qui est actuellement possible.
"Atteindre l'objectif de mini-invasive, Les valves cardiaques régénérantes à faible coût pourraient avoir un impact considérable sur la vie des patients à travers l'âge, frontières sociales et géographiques. Encore une fois, notre structure d'équipe collaborative qui combine une expertise unique et de premier plan en bio-ingénierie, médecine régénérative, innovation chirurgicale et développement commercial au sein du Wyss Institute et de nos institutions partenaires, nous permet de faire progresser le développement technologique d'une manière impossible dans un laboratoire universitaire conventionnel, " a déclaré le directeur fondateur du Wyss Institute, Donald Ingber, MARYLAND., Doctorat., qui est également le professeur Judah Folkman de biologie vasculaire au HMS et le programme de biologie vasculaire du Boston Children's Hospital, ainsi que professeur de bio-ingénierie à SEAS.
