Regeneratieve prothesen voor hartkleppen en bloedvaten een stap dichterbij
Na enkele jaren zorgvuldige tests in het laboratorium zijn biologisch afbreekbare hartkleppen en stents nu voor het eerst getest in een preklinische omgeving.
Niet-afbreekbare prothesen voor hart- en vaatweefsel , kunnen worden gebruikt om hartkleppen en bloedvaten te vervangen, maar ze kunnen niet permanent in het lichaam blijven. In twee recente studies hebben onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e), in samenwerking met een aantal klinische partners, de Nederlandse Hartstichting en de TU/e spin-off bedrijven Suprapolix, Xeltis en STENTiT, laten zien zien dat stents en hartkleppen van biologisch afbreekbare materialen een permanente oplossing kunnen zijn omdat ze het lichaam helpen beschadigd weefsel te vervangen. Het is de eerste keer dat deze biologisch afbreekbare hartkleppen en stents uit hun onderzoek zijn geëvalueerd in een preklinische omgeving.
Dankzij aanzienlijke vooruitgang in methoden en materialen kunnen hartkleppen en bloedvaten die door ziekte of aangeboren misvormingen zijn aangetast,, nu worden vervangen door prothesen.
Het merendeel van de huidige prothesen is echter passief. Ze zorgen er niet voor dat er cellen in de buurt van het implantaat groeien. Bovendien blijven de niet-afbreekbare prothesen permanent in het lichaam , wat ongunstig is voor de levenskwaliteit van de patiënt op langere termijn. Wanneer ze bij kinderen met aangeboren afwijkingen worden geïmplanteerd, kunnen ze niet met het lichaam meegroeien, wat verdere operaties onvermijdelijk maakt. Daarom is er grote behoefte aan meer permanente prothesen.
Met dit in gedachten heeft een groep TU/e-onderzoekers, onder leiding van Carlijn Bouten en Anthal Smits van de faculteit Biomedical Engineering, biologisch afbreekbare kunststof hartkleppen en bloedvaten onderzocht die door het lichaam worden geaccepteerd en worden omgezet in levend weefsel. Onlangs publiceerden ze hun resultaten in twee belangrijke artikelen in het tijdschrift JACC: Basic to Translational Science.
Deze studies zijn van groot belang omdat het een aantal jaren van zorgvuldige laboratoriumproeven heeft gekost om dit cruciale stadium te bereiken. Het is de eerste keer dat de biologisch afbreekbare hartkleppen en stents uit hun onderzoek in een preklinische omgeving zijn geëvalueerd.
Cardiovasculaire weefsels voor jong en oud
"Deze papers laten de eerste vertalingen zien van ons fundamenteel technisch onderzoek op het gebied van regeneratieve geneeskunde voor implanteerbare hartkleppen en bloedvaten", zegt Bouten. "Voor de hartkleppen richten we ons op jonge kinderen die nog steeds groeien, omdat de huidige niet-afbreekbare hartkleppen voor hen niet werken. Vervolgens ontwerpen we regeneratieve stents voor volwassenen en ouderen met vasculaire aandoeningen. Deze nieuwe stent is anders dan de huidige stents omdat het lichaam de beschadigde slagader van binnenuit geneest, terwijl de stentstructuur zelf slechts tijdelijk in het lichaam blijft. Dit kan veel van de risico's van permanente stents ondervangen."
"Voor beide onderzoeken heeft het werk meer dan drie jaar geduurd, maar we plukken eindelijk de vruchten van onze omvangrijke interdisciplinaire samenwerkingen", voegt Smits toe. "Uitzonderlijk, en toevallig, is dat de papers binnen een week na elkaar werden gepubliceerd. ”
De belofte van regeneratieve stents
De gouden standaard voor de vervanging van zieke slagaders of aders is de eigen slagader of ader van de patiënt. Het gebruik van dergelijke autologe vaten (vaten van dezelfde persoon) is echter niet altijd mogelijk vanwege vasculaire aandoeningen, eerder gebruik van potentiële vaten of als er meerdere of lange bypasses nodig zijn.
Hoewel synthetische vaten van niet-afbreekbare polymeren beschikbaar zijn, werken deze het best voor de vervanging van grote slagaders (met een diameter van meer dan 6 mm). Implantaten met een kleinere diameter, zoals de kransslagaders of de slagaders in het onderbeen, lopen het risico om verstopt te raken. Dit is ook een belangrijk risico om te overwegen bij het gebruik van niet-afbreekbare vasculaire stents om geblokkeerde slagaders te openen.
Om dit probleem aan te pakken hebben onderzoekers van de TU/e en het spin-offbedrijf STENTiT een vasculair implantaat met een kleine diameter ontwikkeld, gemaakt van een biologisch afbreekbaar, elektrogesponnen polymeer dat in een vat kan worden ingebracht met dezelfde minimaal invasieve aanpak als de vervanging van een transcatheter.
Het implantaat vervulde een aantal sleutelrollen. Ten eerste bood de resorbeerbare, elektrogesponnen, vezelachtige microstructuur van het implantaat een geschikte omgeving voor de kolonisatie en de groei van de eigen cellen van de patiënt. Ten tweede hielp de combinatie van het bio-absorbeerbare polymeer en het ontwerp van het implantaat de stent om de nodige kracht uit te oefenen om zich vast te zetten tegen het weefsel van de vaatwand. Ten slotte had het implantaat een positieve invloed op nieuwe weefselvorming.
"De resultaten van dit preklinische onderzoek zijn veelbelovend", zegt Bouten. "Het biedt de mogelijkheid om biologisch afbreekbare stents bij patiënten te implanteren op een minimaal invasieve manier, die voor een betere structurele ondersteuning in de vaten zorgt en die de omstandigheden nabootst die cellen nodig hebben om ter plekke te floreren".
Je kunt de volledige paper hier lezen.
Resorbeerbare hartkleppen
In de tweede paper werd in een uitgebreide samenwerking onder leiding van de TU/e en het Amsterdam University Medical Center gekeken naar de ontwikkeling van resorbeerbare hartkleppen.
De werking van de hartklep is sterk afhankelijk van de organisatie van het onderliggende collageennetwerk. In volgroeide hartkleppen vormt dit netwerk meestal cirkels in het weefsel. Deze ‘voorkeursorganisatie’ van het collageennetwerk zorgt voor de mechanische sterkte van de klep.
Niet-levende of synthetische kleppen kunnen worden gebruikt om zieke hartkleppen te vervangen, maar ze zijn niet in staat om de weefselvorming te bevorderen en volledig te integreren met het omringende weefsel. Dit heeft een negatieve invloed op de kwaliteit van leven en de levensverwachting van de patiënt.
Een alternatief is het gebruik van celvrije, biologisch afbreekbare hartkleppen, die de kolonisatie van gastheercellen in de klepstructuur en de hervorming van weefsel bevorderen. Tegelijkertijd wordt het biologisch afbreekbare implantaat langzaam door het lichaam geabsorbeerd.
De onderzoekers produceerden elektrogesponnen hartklepstructuren van resorbeerbare elastomeren, met als doel te bestuderen hoe verschillende implantaten met verschillend georganiseerde netwerken de nieuwe weefselgroei beïnvloedden. Een van de belangrijkste bevindingen is dat de geïmplanteerde kleppen in staat waren om de functionaliteit van de klep tot 1 jaar te behouden, terwijl het kunststof implantaat werd afgebroken en vervangen door nieuw weefsel dat door het lichaam zelf werd geregenereerd. Verrassend genoeg leidde echter geen van de implantaten tot een collageennetwerk dat bestond uit cirkels in het weefsel, zoals dat in normaal hartklepweefsel te zien zou zijn.
"De constatering dat de kleppen gedurende het hele proces van regeneratie continu open en dicht kunnen, is erg belangrijk", zegt Smits. "Deze preklinische studie onderstreept echter ook dat we nog steeds een beter begrip nodig hebben van de reactie van het lichaam op onze implantaten om volledige controle te krijgen over het weefsel dat geregenereerd wordt".
Je kunt de volledige paper hier lezen.