O coração humano bate cerca de 35 milhões de vezes por ano, bombeando efetivamente o sangue para a circulação por meio de quatro válvulas cardíacas diferentes. Infelizmente, em mais de quatro milhões de pessoas a cada ano, esses tecidos delicados funcionam mal devido a defeitos de nascença, deteriorações relacionadas à idade, e infecções, causando doença nas válvulas cardíacas.
Hoje, os médicos usam próteses artificiais ou tecidos fixos de origem animal e cadavérica para substituir válvulas defeituosas. Embora essas próteses possam restaurar a função do coração por um tempo, eles estão associados a comorbidade adversa e desgaste e precisam ser substituídos durante cirurgias invasivas e caras. Além disso, em crianças, As próteses valvares cardíacas implantadas precisam ser substituídas com ainda mais frequência, pois não podem crescer com a criança.
Uma equipe liderada por Kevin Kit Parker, Ph.D. no Wyss Institute for Biologicamente Inspired Engineering da Harvard University, desenvolveu recentemente uma técnica de fabricação de nanofibras para fabricar rapidamente válvulas cardíacas com potencial regenerativo e de crescimento. Em um artigo publicado em Biomateriais , Andrew Capulli, Ph.D. e colegas fabricaram uma rede de nanofibras em forma de válvula que imita as propriedades mecânicas e químicas da matriz extracelular da válvula nativa (ECM). Para alcançar isto, a equipe usou a tecnologia proprietária de fiação a jato rotativo do laboratório Parker - na qual um bico rotativo extrude uma solução de ECM em nanofibras que se enrolam em mandris em forma de válvula cardíaca. "Nossa configuração é como uma máquina de algodão doce muito rápida que pode girar uma variedade de materiais sintéticos e naturais. Neste estudo, usamos uma combinação de polímeros sintéticos e proteínas ECM para fabricar JetValves biocompatíveis que são hemodinamicamente competentes após a implantação e suportam a migração celular e repovoamento in vitro. Mais importante, podemos fazer JetValves de tamanho humano em minutos - muito mais rápido do que possível para outras próteses regenerativas, "disse Parker.
Para desenvolver e testar o potencial clínico de JetValves, A equipe de Parker colaborou com a equipe de tradução de Simon P. Hoerstrup, M.D., Ph.D., na Universidade de Zurique, na Suíça, que é uma instituição parceira do Wyss Institute. Como líder em próteses cardíacas regenerativas, Hoerstrup e sua equipe em Zurique desenvolveram anteriormente o regenerativo, válvulas cardíacas projetadas em tecidos para substituir as válvulas cardíacas mecânicas e de tecido fixo. Na abordagem de Hoerstrup, as células humanas depositam diretamente uma camada regenerativa de ECM complexo em estruturas biodegradáveis em forma de válvulas e vasos cardíacos. As células vivas são então eliminadas dos suportes, resultando em uma prótese baseada em matriz humana "pronta para uso" pronta para implantação.
No papel, a equipe interdisciplinar implantou com sucesso JetValves em ovelhas usando uma técnica minimamente invasiva e demonstrou que as válvulas funcionavam adequadamente na circulação e regeneravam novos tecidos. "Em nossos estudos anteriores, os andaimes revestidos com ECM derivados de células poderiam recrutar células do coração do animal receptor e apoiar a proliferação celular, remodelação da matriz, regeneração de tecidos, e até o crescimento animal. Embora essas válvulas sejam seguras e eficazes, sua fabricação permanece complexa e cara, pois as células humanas devem ser cultivadas por um longo tempo sob condições altamente regulamentadas. O processo de fabricação muito mais rápido do JetValve pode ser uma virada de jogo a esse respeito. Se pudermos replicar esses resultados em humanos, esta tecnologia pode ter benefícios inestimáveis para minimizar o número de reoperações pediátricas, "disse Hoerstrup.
Em apoio a esses esforços de translação, o Instituto Wyss de Engenharia Inspirada na Biologia e a Universidade de Zurique anunciaram hoje um esforço de equipe interinstitucional para gerar uma substituição de válvula cardíaca funcional com capacidade de reparo, regeneração, e crescimento. A equipe também está trabalhando em uma versão de grau GMP de seu personalizável, escalável, e um processo de fabricação de baixo custo que permitiria a implantação em uma grande população de pacientes. Além disso, a nova válvula cardíaca seria compatível com procedimentos minimamente invasivos para atender pacientes pediátricos e adultos.
O projeto será liderado conjuntamente por Parker e Hoerstrup. Parker é membro do corpo docente do Wyss Institute e professor de Bioengenharia e Física Aplicada da Família Tarr na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson. Hoerstrup é presidente e diretor do Instituto de Medicina Regenerativa da Universidade de Zurique (IREM), Co-diretor do recentemente fundado Wyss Translational Center Zurich e membro do corpo docente associado do Wyss Institute.
Uma vez que JetValves pode ser fabricado em todas as formas e tamanhos desejados, e leva de segundos a minutos para produzir, o objetivo da equipe é fornecer produtos personalizados, pronto para usar, válvulas cardíacas regenerativas muito mais rápidas e a um custo muito menor do que atualmente é possível.
"Alcançar o objetivo de ser minimamente invasivo, válvulas cardíacas regenerativas de baixo custo podem ter um tremendo impacto na vida dos pacientes ao longo da idade, fronteiras sociais e geográficas. Mais uma vez, nossa estrutura de equipe colaborativa que combina experiência única e líder em bioengenharia, Medicina regenerativa, inovação cirúrgica e desenvolvimento de negócios em todo o Instituto Wyss e nossas instituições parceiras, possibilita que avancemos no desenvolvimento de tecnologia de maneiras que não seriam possíveis em um laboratório acadêmico convencional, "disse o Diretor Fundador do Wyss Institute, Donald Ingber, M.D., Ph.D., que também é o professor Judah Folkman de Biologia Vascular no HMS e do Programa de Biologia Vascular no Hospital Infantil de Boston, bem como Professor de Bioengenharia no SEAS.
