The use of tissue modification mechanisms for preparing an autologous pericardial heart valve replacement

Abstract

Xenogenní biologické srdeční chlopenní náhrady používané v současnosti v klinické praxi mají celou řadu limitací. Hlavním problémem je rozvoj degenerativních změn, který vede k dysfunkci chlopně. Reoperace je nutná až u 65% pacientů za 15 let po implantaci těchto chlopní. Cílem tkáňového inženýrství je vytvořit nový typ autologní biologické náhrady srdečních chlopní pro klinickou praxi, která bude obsahovat živé autologní buňky a bude mít zachovánu schopnost remodelace. Za tímto účelem se používají různé typy scafoldů, buněk a různé laboratorní postupy. Většina z nich se však neosvědčila pro různé limitace, jako je nekompatibilita s imunitním systémem, špatná penetrace buněk do scafoldů, nízká produkce mezibuněčné hmoty, špatné biomechanické vlastnosti a nezachovaná schopnost remodelace po implantaci in vivo. V první části výzkumu bylo cílem porovnat buněčné složení a strukturu mezibuněčné hmoty a mechanické vlastnosti lidského perikardu jako potenciálního scafoldu pro tkáňové inženýrství autologní srdeční chlopennní náhrady se strukturou normální lidské aortální chlopně. Druhá část výzkumu byla soustředěna na přípravu dynamického kultivačního systému (bioreaktoru) pro trojrozměrné (3D) dynamické kondicionování tkáně lidského perikardu regulovaným pulsním průtokem kultivačního media. Ve třetí části...

Currently used xenogeneic biological heart valves have several limitations in clinical practice. The main problem is the development of degenerative changes leading to valve failure. Re-surgery is required in approximately 65% of patients at 15 years after implantation. The challenge of heart valve tissue engineering is to create a new type of autologous biological heart valve prosthesis for clinical use with living cells capable of valve tissue remodeling. Several approaches are used with different types of scaffolds, and with a variety of cells and laboratory protocols. Most of them have not proven themselves, due to limitations such as scaffold immune system incompatibility, non-optimal mechanical properties, scaffold shrinkage, poor cell penetration, low extracellular matrix production and poor biomechanical properties and no remodeling potential after implantation in vivo. In the first part of the research, the objective is to compare the cellular matrix, the extracellular matrix structure and the mechanical properties of human pericardium as a potential scaffold for autologous heart valve tissue engineering with the structure of the normal human aortic heart valve. The second part of the research deals with the preparation of a dynamic culture system (a bioreactor) for in vivo human...