Анатомо-функциональное обоснование и разработка самораскрывающегося клапан-содержащего кондуита для эндоваскулярного протезирования легочной артерии у пациентов педиатрической группы.

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-75-10041

НазваниеАнатомо-функциональное обоснование и разработка самораскрывающегося клапан-содержащего кондуита для эндоваскулярного протезирования легочной артерии у пациентов педиатрической группы.

Руководитель Сойнов Илья Александрович, Кандидат медицинских наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации , Новосибирская обл

Конкурс №61 - Конкурс 2021 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-202 - Сердечно-сосудистая система

Ключевые слова легочная артерия, выходной отдел правого желудочка, врожденные пороки сердца, кондуит, транскатетерный клапан

Код ГРНТИ76.29.30, 76.29.46

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Создание или восстановление адекватного сообщения между правым желудочком (ПЖ) и легочной артерией (ЛА) является неотъемлемой частью хирургической коррекции большинства сложных врожденных пороков сердца (ВПС). Однако, в связи с ростом ребенка, таким пациентам до достижения совершеннолетия требуется несколько повторных оперативных вмешательств по причине несоответствия размеров «протез-пациент», влекущего за собой увеличение пред- и/или постнагрузки на правый желудочек и прогрессирующую сердечную недостаточность. Общепринятым способом устранения рестеноза путей оттока из ПЖ и/или рецидивирующей легочной регургитации является повторное протезирование в условиях искусственного кровообращения. Однако такие операции сопряжены с высоким риском, обусловленным осложнениями за счет дегенеративных изменений тканей, техническими трудностями хирургического доступа и основного этапа оперативного вмешательства, длительностью искусственного кровообращения. Альтернативой данному подходу стали эндоваскулярные методы протезирования клапана ЛА (transcatheter pulmonary valve implantation – TPVI), которые в последнее время получают все более широкое распространение в мировой кардиохирургической практике. Преимуществом TPVI является возможность по мере роста пациента избежать части больших открытых операций и связанных с ней осложнений; одномоментное устранение не только стеноза, но и недостаточности клапана легочной артерии; а также короткий восстановительный послеоперационный период. Показания для использования данного мини-инвазивного подхода обусловлены конструктивными особенностями имплантируемых изделий и используемых для этого систем транскатетерной доставки. В свою очередь, конструкция имплантатов должна быть тесно связана с анатомическими особенностями порока, геометрическими соотношениями, конфигурацией и биомеханикой отделов «правого сердца» при той или иной врожденной аномалии. В настоящее время на мировом рынке имеются лишь 2 устройства для TPVI: клапан-содержащий кондуит для транскатетерной имплантации в легочную позицию Melody (Medtronic) и биопротез аортального клапана SAPIEN (Edwards LifeSciences). Оба устройства являются баллонорасширяемыми (рис.1, 2; доп.файл) и предназначены только для имплантации в ствол / «неоствол» ЛА («неоствол» - имплантированный ранее кондуит), что делает их практически бесполезными при сочетании дисфунции ствола и дистальных / проксимальных отделов (выходной отдел ПЖ и бифуркация ЛА). Кондуит Melody, кроме того, обладает рядом других серьезных конструктивных недостатков, резко ограничивающих его использование (см. п.4.5). В связи с этим в последние годы интенсивно развивается направление, связанное с созданием новых устройств для TPVI, идут ограниченные клинические исследования. Все инновационные модели (рис.3-5, доп.файл) представляют собой самораскрывающиеся клапан-содержащие кондуиты на каркасах из нитинола, предусматривающие в конструкции отделы для коррекции анатомических нарушений в желудочковой и бифуркационной зонах. Наиболее перспективным считается кондуит Venus P, по которому проводится широкомасштабное клиническое исследование в странах Европы. В то же время, ни в одной из инновационных моделей не решается вопрос улучшения биосовместимости материалов кондуита: биоматериалы животного происхождения обработаны глутаровым альдегидом, что несет высокий риск кальцификации, в особенности, у детей, а «непокрытые» ячейки стента, контактирующие с зоной бифуркации, повышают риск тромбообразования при контакте крови с нитинолом. Необходимо подчеркнуть, что, несмотря на высокую потребность в таких изделиях в РФ, отечественных аналогов для TPVI не существует, и отсутствуют сведения об отечественных исследованиях в данной области. При этом цена на морально устаревшие кондуиты Melody составляет в РФ 2,5-3 миллиона рублей, поэтому опыт их применения крайне ограничен (клиника НМИЦ им. Е.Н.Мешалкина и детская городская больница № 1 г. Санкт-Петербурга). Исходя из всего вышеперечисленного, можно сформулировать две основные проблемы, требующие научно-обоснованного решения: 1) большое разнообразие анатомических вариантов аномалий пути оттока из правого желудочка диктует необходимость их детального изучения с числовой характеристикой геометрических, биомеханических и гемодинамических параметров для унификации конструкции кондуита с одновременной кастомизацией под различные анатомические варианты ВПС; 2) материалы кондуита для TPVI нуждаются в улучшении биосовместимости для снижения риска резидуальной дисфункций. Анатомическая вариабельность аномалий пути оттока в легочную артерию, научная и технологическая сложность разработки кондуита для транскатетерной имплантации, отсутствие «идеального» унифицированного кондуита для реконструкции данной зоны, жесткие ограничения в клинических показаниях для использовании имеющихся на рынке кондуитов и отсутствие отечественных аналогов определяют безусловную актуальность предложенного проекта, с одной стороны - как фундаментального научного исследования, с другой – как перспективного в плане практической реализации полученных результатов. В процессе реализации проекта планируется целенаправленное изучение анатомических вариантов аномалий системы «выводной отдел правого желудочка – легочная артерия» с численной характеристикой их геометрических и биомеханических параметров; разработка конструкции клапан-содержащих кондуитов на нитиноловом каркасе с унификацией его трубчатой части и вариабильностью проксимальной (желудочковой) и дистальной (бифуркационной) зон; усовершенствование доставочной системы с минимизацией ее диаметра для возможности применения протеза у детей раннего возраста; разработка методов модификации материалов кондуита с целью оптимизации его биосовместимых свойств. Для достижения поставленной цели запланированы исследования, включающие: 1) численную характеристику функциональных и геометрических показателей различных анатомических аномалий, требующих реконструкции системы «ПЖ+ЛА» на основании анализа имеющейся в клинике базы данных КТ- и МРТ- изображений с 3D-реконструкцией (200 пациентов, 2014-2019 г.); 2) проектирование и конструкторская разработка унифицированной модели ксенокондуита для TPVI, кастомизация геометрии приточной и выводной зон, с последующей оценкой биомеханических и упруго-прочностных свойств прототипов; 3) отработка методики электроспиннинга для получения биорезорбируемых матриц, оценка их структуры и взаимодействия с клетками (в основном, цитотоксичности), разработка способов функционализации матриц с использованием биосовместимых гелей и ростовых факторов; 4) повышение гемо- и биосовместимости контактирующих с кровью непокрытых ячеек нитинолового стента, путем формирования нанопленок на основе оксинитридов титана (Ti-O-N) в плазме реактивного магнетронного разряда; 5) проектирование и разработка методики крепления биологического створчатого аппарата на каркасе с анализом функциональных показателей в стендах пульсирующего потока жидкости и циклической нагрузки; 6) проектирование и прототипирование минимальной по диаметру системы доставки клапана с учетом всех биомеханических свойств разработанного кондуита; 7) финальный этап тестирования разработанных прототипов комбинированного устройства «кондуит + система доставки» с имплантацией его in vitro в кастомизированных силиконовых моделях, а также с ортотопическая имплантация крупным лабораторным животным в эксперименте. По итогам проведенной работы будет получен прототип клапан-содержащего самораскрывающегося кондуита с заданными свойствами и выполнена его комплексная доклиническая оценка.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Рзаева К.А., Горбатых А.В., Журавлева И.Ю., Сойнов И.А., Войтов А.В., Архипов А.Н., Кулябин Ю.Ю., Богачев-Прокофьев А.В., Горбатых Ю.Н., Чернявский А.М. Транскатетерная хирургия резидуального стеноза пути оттока в легочную артерию Российский кардиологический журнал, 26(8):4125 (год публикации - 2021)
10.15829/1560-4071-2021-4125

2. Докучаева А.А, Тимченко Т.П, Карпова Е.В., Владимиров С.В, Сойнов И.А, Журавлева И.Ю. Effects of Electrospinning Parameter Adjustment on the Mechanical Behavior of Poly-ε-caprolactone Vascular Scaffolds Polymers, 17;14(2):349. (год публикации - 2022)
10.3390/polym14020349

3. Рзаева К.А, Архипов А.Н, Горбатых А.В, Войтов А.В, Ничай Н.Р, Новикова А.П, Тимченко Т.П, Сойнов И.А. Показания к хирургической коррекции и результаты транскатетерной имплантации клапана у пациентов с обструктивной патологией легочного кровотока Кардиология и сердечно-сосудистая хирургия, Т15.№4.2022 (год публикации - 2022)

4. Рзаева К.А., Тимченко Т.П., Архипов А.Н., Горбатых А.В., Войтов А.В., Ничай Н.Р., Богачев-Прокофьев А.В., Сойнов И.А. Технические характеристики самораскрывающегося клапана для лечения клапанной патологии легочной артерии Патология кровообращения и кардиохирургия, Т 26. №3 (год публикации - 2022)
10.21688/1681-3472-2022-3-85-90

5. Сойнов И.А., Манукян С.Н., Рзаева К.А., Войтов А.В., Тимченко Т.П., Кобелев Е., Архипов А.Н., Ничай Н.Р., Кулябин Ю.Ю., Журавлева И.Ю.,Богачев-Прокофьев А.В. Варианты дисфункций пути оттока из правого желудочка Кардиология и сердечно-сосудистая хирургия, 2023;16(4):351‑357. (год публикации - 2023)
10.17116/kardio202316041351

6. Рзаева К.А., Тимченко Т.П., Журавлева И.Ю., Архипов А.Н., Горбатых А.В., Войтов А.В., Богачев-Прокофьев А.В., Сойнов И.А. Транскатетерная имплантация самораскрывающегося клапана легочной артерии в эксперименте на животных Клиническая и экспериментальная хирургия. Журнал имени академика Б.В. Петровского, Т. 11, № 1. С. 47–53 (год публикации - 2023)
10.33029/2308-1198-2023-11-1-47-53

7. Докучаева А.А., Мочалова А.Б., Тимченко Т.П., Подольская К.С., Пашковская О.А, Карпова Е.В., Иванов И.А., Филатова Н.А., Журавлева И.Ю. In Vivo Evaluation of PCL Vascular Grafts Implanted in Rat Abdominal Aorta Polymers, Polymers 2022, 14(16), 3313 (год публикации - 2022)
10.3390/polym14163313

8. Докучаева А.А., Мочалова А.Б., Тимченко Т.П., Кузнецова Е.В., Подольская К.С., Пашковская О.А., Филатова Н.А., Вавер А.А., Журавлева И.Ю. Remote Outcomes with Poly-ε-Caprolactone Aortic Grafts in Rats Polymers, 2023, 15, 4304. (год публикации - 2023)
10.3390/polym15214304

9. СОЙНОВ И.А., РЗАЕВА К.А., ГОРБАТЫХ А.В., ВОЙТОВ А.В., АРХИПОВ А.Н., НИЧАЙ Н.Р., КУЛЯБИН Ю.Ю., МАНУКЯН С.Н., БОГАЧЕВ-ПРОКОФЬЕВ А.В. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОНДУИТОВ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ПУТИ ОТТОКА В ЛЕГОЧНУЮ АРТЕРИЮ. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний, 2024;13(1): 67-76. (год публикации - 2024)
10.17802/2306-1278-2024-13-1-67-76

10. Войтов А.В., Манукян С.Н., Владимиров С.В., Бородин В.П., Кобелев Е., Журавлева И.Ю., Архипов А.Н., Горбатых А.В., Рзаева К.А., Ничай Н.Р., Богачев-Прокофьев А.В., Сойнов И.А. Имплантация самораскрывающегося каркаса транскатетерного клапана «in vitro» в 3D модель сердца пациента с дисфункцией пути оттока из правого желудочка Сибирский журнал клинической и экспериментальной медицины (год публикации - 2024)

11. Манукян С.Н., Сойнов И.А., Войтов А.В., Рзаева К.А., Баранов А.А., Богаев-Прокофьев А.В. Современные возможности транскатетерного протезирования клапана легочной артерии Хирургия. Журнал им. Н.И. Пирогова, 2024;(2): 32‑44 (год публикации - 2024)
10.17116/hirurgia202402132

12. Морсина М.Г., Войтов А.В., Архипов А.Н., Богачев-Прокофьев А.В., Сойнов И.А. Методы хирургического лечения младенцев с тяжелой формой тетрады Фалло Кардиология и сердечно-сосудистая хирургия (год публикации - 2024)

13. Рзаева К.А., Манукян С.Н., Владимиров С.В., Бородин В.П., Журавлева И.Ю., Богачев-Прокофьев А.В., Сойнов И.А. Транскатетерная имплантация самораскрывающегося клапана легочной артерии в доклиническом исследовании на животных Кардиология и сердечно-сосудистая хирургия (год публикации - 2024)

Публикации