Des chercheurs développent une valve cardiaque qui grandit avec un enfant

Une équipe de recherche du Wyss Institute et de la John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) de Harvard affirme avoir développé une valve cardiaque qui peut se développer avec un enfant, minimisant les complications chirurgicales et la souffrance.

Cette équipe de recherche a développé une technique de fabrication de nanofibres pour fabriquer rapidement des valves cardiaques avec un potentiel de régénération et de croissance. Ils ont commencé leurs travaux en 2014 et ont vanté le potentiel de cette technologie dès 2017.

L’équipe a décrit les mesures prises dans un nouvel article publié dans Matière. Ils disent qu’ils peuvent fabriquer leur valve cardiaque synthétique de nouvelle génération – FibraValve – en moins de 10 minutes. L’équipe utilise une nouvelle méthode appelée filature à jet rotatif focalisé (FRJS). Il permet aux chercheurs de personnaliser la forme et les propriétés des volets délicats de la valve jusqu’à l’échelle nanométrique.

Selon l’Institut Wyss, la valve a été facilement colonisée par des cellules vivantes, à la fois in vitro et dans de grandes études sur des modèles animaux. Des collaborateurs dirigés par Simon Hoerstrup, membre associé du corps professoral de Wyss, ont mené les études au Wyss Zurich Translational Center à Zurich, en Suisse.

« Cette étude illustre le potentiel de FibraValves en tant que solution pour les enfants souffrant de maladies valvulaires. Notre objectif est que les cellules natives du patient utilisent l’appareil comme modèle pour régénérer leur propre tissu valvulaire vivant, mais FRJS a également un potentiel en tant que plate-forme pour fabriquer d’autres dispositifs médicaux à l’avenir », a déclaré Kit Parker, membre associé du corps professoral de l’Institut Wyss et le professeur de la famille Tarr de bioingénierie et de physique appliquée à SEAS.

Comment l’équipe est arrivée ici

La filature à jet rotatif, la méthode utilisée pour produire la première valve de l’équipe, JetValve, extrude un polymère synthétique biocompatible à travers une buse, le filant en longues nanofibres. Un mandrin en forme de valve cardiaque recueille ces nanofibres, produisant des valves biocompatibles en quelques minutes. Les chercheurs disent que d’autres efforts de fabrication nécessitent des heures pour produire des vannes.

Wyss dit que l’équipe a réussi à implanter JetValve dans le cœur d’un mouton en utilisant une chirurgie mini-invasive. Il a fonctionné correctement et a recruté des cellules vivantes pour régénérer de nouveaux tissus sur l’appareil. Cependant, l’équipe a pris des mesures pour améliorer plusieurs processus autour de leur valve.

Lors de la fabrication, ils ont ajouté des flux d’air concentré au flux d’extrusion de polymère, créant FRJS. Cela a permis une amélioration de la vitesse à laquelle les fibres polymères se sont tournées sur le mandrin. Cela a amélioré la valve résultante, leur permettant de la fabriquer dans la forme finale souhaitée. Les réseaux de microfibres et de nanofibres produits ici imitaient également mieux la structure tissulaire d’une valve cardiaque humaine.

À l’aide d’un nouveau matériau polymère personnalisé, l’équipe a également amélioré l’infiltration des cellules vivantes après l’implantation. Ce matériau, appelé PLCL, est une combinaison de polycaprolactone (PCL) et d’acide polylactique (PLA). L’équipe a déclaré que des études antérieures démontrent que la PLCL dure environ six mois lorsqu’elle est implantée chez des rats. Il a également été infiltré avec succès par des cellules vivantes et remodelé en tissu fonctionnel avant de se biodégrader en toute sécurité.

Création de la dernière génération de valve cardiaque

Les FibraValves qui en résultent se sont avérées plus douces et plus élastiques que les JetValves, a déclaré l’équipe. De plus, l’équipe a optimisé la forme des feuillets internes de la valve. Cela a réduit la quantité de fuite de sang vers l’arrière à travers la valve. Ils ont déclaré que les fuites étaient passées d’environ 30 % dans JetValve à 13 % dans FibraValve.

Dans le cœur d’un mouton, FibraValve a commencé à fonctionner immédiatement. Au bout d’une heure, les scientifiques ont observé des globules rouges et blancs s’infiltrer dans l’échafaudage poreux de la valve. Ils ont également vu une protéine, la fibrine, se déposer à l’extérieur de la valve, alors que la valve ne présentait aucun dommage ou problème après l’implantation.

“C’était très excitant de voir le FibraValve fonctionner en direct, d’autant plus que nous nous coordonnions à travers un océan avec nos collègues de Zurich pour y arriver », a déclaré le co-premier auteur Michael Peters, étudiant diplômé à l’Institut Wyss et SEAS. “Cette approche du remplacement des valves cardiaques pourrait ouvrir la voie à des implants médicaux personnalisés qui se régénèrent et grandissent avec le patient, améliorant ainsi la vie des enfants.”

L’équipe vise à commencer des tests sur des animaux à plus long terme pour évaluer les performances et les capacités de régénération de FibraValve au fil des semaines et des mois. Ils espèrent que FRJS pourrait offrir une adéquation dans une variété d’implants, y compris d’autres valves, patchs cardiaques et vaisseaux sanguins.