Uued elupäästvad veresooned valmivad minutitega

Uuring näitab, kuidas valmistada elupäästvaid ja konkreetsele patsiendile sobivaid veresooni otse operatsiooni ajal mõne minuti jooksul.

Traumadega, olgu need saadud lahingus või liiklusõnnetuses, kaasneb sageli eluohtlikke veresoonte kahjustusi, mis vajavad viivitamatut parandamist. Harvardi bioinseneride värskelt avaldatud uurimistöö püüab muuta sellise kriitilise loomuga ravi kiiremaks ning patsiendi vajadustele paremini vastavaks. Tulevikus võib see aidata päästa elusid.

Harvardi John A. Paulsoni inseneri- ja rakendusteaduste kooli (SEAS) bioinseneeria ja rakendusfüüsika professori Kevin Kit Parkeri labori teadlased töötasid välja meetodi, mis võimaldab valmistada igale inimesele individuaalselt kohandatavaid sünteetilisi veresoonte siirikuid vaid mõne minutiga. See on piisavalt kiire, et tulevikus võiksid kirurgid valmistada vajaliku implantaadi otse operatsioonisaalis, kui abivajaja juba opilaual on.

Uurimistööd juhtis Parkeri labori endine doktorant ja praegune SEAS-i külalisteadur Michael Peters. Uuring valiti hiljuti ajakirja Advanced Materials kaanelooks.

Väikese läbimõõduga veresoonte parandusmaterjali pole lihtne leida

Veresoonkonna haigused ja traumad kuuluvad kogu maailmas peamiste surma ning puude põhjuste hulka. Kirurgidel tuleb sageli kahjustatud veresooni asendada või haigusest haaratud osast möödaviik rajada. Selliste operatsioonide jaoks on sageli vaja väikese läbimõõduga veresoonte parandusmaterjali, mille puhul on ravivõimalused aga väga piiratud.

„Alla kuuemillimeetrise läbimõõduga veresoonte jaoks ei ole ühtegi kliiniliselt heaks kiidetud implantaati,“ ütles Peters, kes töötab praegu teadlasena ettevõttes NTT Research.

Ettevõttel on Parkeri laboriga pikaajaline teaduskoostöö ning see toetas ka kõnealust uurimistööd.

Praegu kasutatakse veresoontekirurgias muu hulgas autoloogseid ehk patsiendi enda teisest kehapiirkonnast võetud veresooni. See on invasiivne protseduur ning võetud veresoon ei pruugi oma mõõtmete, kuju või kvaliteedi poolest kahjustatud veresoone asendamiseks sobida.

Uus veresoonte kiirtootmise tehnoloogia

Nende piirangute ületamiseks kasutasid teadlased kihtlisandustehnoloogiat (additive manufacturing platform), millele nad on andnud nime Focused Rotary Jet Spinning ehk fokuseeritud pöörlev jugaketrus. Algselt töötati see Parkeri laboris välja südame katsemudelite loomiseks laboris.

Meetod kasutab kiiret pöörlemist ja suunatud õhuvooge, et muuta vedel polümeerilahus üliõhukesteks kiududeks. Need kiud sadestatakse pöörlevale kogurile ehk vormsüdamikule. Kiud moodustavad torukujulise tugistruktuuri, mis sarnaneb loodusliku veresoonega.

Uus uuring näitas, et jugaketrustehnoloogiaga saab kiiresti valmistada väikese läbimõõduga veresoonte siirikuid, mille läbimõõtu ja seina paksust on võimalik täpselt kontrollida. Põhimõtteliselt saaks valmistada konkreetsele patsiendile sobiva siiriku.

Traumade puhul on aeg eriti oluline

Ägedate traumade puhul on aeg eriti oluline. Arterite ja veenide kahjustumise korral võib kõrge vererõhk põhjustada kiiresti suure verekaotuse.

„Püüame teha võimalikuks selle, mida nimetame operatsiooniaegseks tootmiseks,“ ütles Peters. „Meie tootmisplatvormide kiirus, kohandatavus ja paindlikkus võimaldavad valmistada konkreetse vigastuse või patsiendi jaoks sobivaid siirikuid.“

Lisaks traumakirurgiale näevad teadlased võimalikku kasutusala ka laste südamekirurgias. Kaasasündinud südameriketega lapsed vajavad sageli väga individuaalselt kavandatud ja keerukaid operatsioone.

Uuringus kasutatud veresoonte siirikud valmistati sünteetilisest kopolümeerist, mis koosneb polüpiimhappest ja polükaprolaktoonist. Ketrusprotsess vormib selle pehme ja painduva materjali nano- ning mikromõõtmetes kiududeks, mis sarnanevad suuresti organismi enda rakkudevahelise maatriksiga.

Patsiendi enda rakud asendavad aja jooksul tehisveresoone looduslikuga

Pärast paigaldamist tagab siirik vererõhu talumiseks ja veresoone kuju säilitamiseks vajaliku mehaanilise tugevuse. Aja jooksul sünteetiline tugistruktuur laguneb ning patsiendi enda rakud ehitavad selle asemele uue koe.

Üks peamisi eesmärke on, et tehis-veresoone sisesein peaks kiiresti kattuma spetsiaalsete endoteeli ehk veresoone siseseina rakkudega, mis aitavad verel sujuvalt voolata. Petersi sõnul vähendab tehismaterjal verehüübeid ning muid ohte, mis praeguste sünteetiliste siirikutega kaasas käivad.

Uues uuringus valmistasid teadlased oma platvormi abil sentimeetrised tehisveresooned, mis sobisid väikeloomade opereerimiseks. Seda tööetappi juhtis dr Melanie Generali koos Šveitsi teadlastega Zürichi Ülikooli regeneratiivmeditsiini instituudist. Neli nädalat kestnud katses roti reiearteri asendamisega näitas, et veresoon püsis avatuna ja kudede ümberkujunemine oli alanud. See kinnitab võimalust valmistada konkreetsele patsiendile kohandatud veresoonte siirikuid operatsiooni ajal.

„Soovime liikuda edasi suuremate loomamudelite juurde ja uurida, kuidas need siirikud toimivad pikema aja jooksul erinevates hemodünaamilistes tingimustes, erineva rõhu ja verevoolu mahu juures,“ ütles Peters.

Parkeri sõnul võib tulevikus saabuda päev, mil konkreetsete meditsiiniliste vajadustega patsientide elu päästetakse haiglas kohapeal valmistatud implantaatidega.

„Hambaarstid teevad seda 3D-printimise abil juba praegu,“ märkis Parker. „Meie kiirete kihtlisandustehnoloogiate puhul – olgu jutt jäseme päästmisest või kahjustatud või väärarenenud südame parandamisest – läheneme me ajale, mil USA toidu- ja ravimiameti nõutavaid häid tootmistavasid on võimalik järgida operatsioonisaalis ajal, mil patsient juba operatsioonilaual viibib.“