Desarrollo de válvulas cardíacas poliméricas que desplazarán a las válvulas cardíacas mecánicas y tisulares
Investigadores del Instituto de Investigación de Problemas Complejos de Enfermedades Cardiovasculares, de Kemerovo, Rusia y del Centro Nacional de Investigación Médica de Cirugía V. Vishnevsky de Moscú, Rusia publicaron en la edición del 16 de febrero de 2023 del International Journal of Molecular Sciences un artículo de revisión que predijo una nueva era para los dispositivos médicos con el desarrollo de válvulas cardíacas poliméricas que desplazarán a las válvulas cardíacas mecánicas y tisulares*
Este trabajo merecerá el comentario de la NOTICIA DEL DÍA.
La cardiopatía valvular (VHD por sus siglas en inglés) es una causa subestimada de discapacidad, morbilidad, reducción de la calidad de vida y mortalidad prematura.
En la población general, la prevalencia ajustada por edad de VHD moderada o grave comprendía el 2,5 %, con un aumento adicional de la prevalencia del 0,7 % en personas de 18 a 44 años al 13,3 % en el grupo de 75 años o más.
El marcado tratamiento insuficiente de los pacientes con VHD es claramente evidente en el aumento constante del número de intervenciones quirúrgicas y transcatéter.
Actualmente, el tratamiento más común para VHD es el reemplazo quirúrgico de la válvula cardíaca con prótesis de válvula mecánica o tisular, con aproximadamente 250 000-300 000 reemplazos por año en todo el mundo.
Las válvulas cardíacas mecánicas (MHV por sus siglas en inglés) se implantan comúnmente en el 55 % de los casos, mientras que las válvulas cardíacas tisulares (THV por sus siglas en inglés) se eligen en el 45 % de los casos.
El proceso de toma de decisiones sobre los sustitutos óptimos de las válvulas cardíacas depende principalmente de la elección del paciente, la edad, las contraindicaciones para el tratamiento anticoagulante y el lugar de residencia.
A pesar de la durabilidad superior de MHV, las altas tensiones de cizallamiento pueden provocar la activación de los elementos sanguíneos y el inicio de la agregación plaquetaria, provocando la formación de trombos.
Por lo tanto, los receptores de MHV deben tomar una terapia de anticoagulación de por vida para prevenir eventos tromboembólicos.
Las THV que imitan a las válvulas nativas no requieren dicha terapia, pero tienen una vida útil bastante limitada debido a la degradación estructural de la válvula, incluida la calcificación.
Los receptores de THV requerirán una nueva operación en el 13,4-36,6% de los casos dentro de los cinco años posteriores a la cirugía índice.
Cada reoperación se asocia con una mayor tasa de complicaciones perioperatorias y mortalidad debido a las comorbilidades presentes, la edad avanzada y la propia complejidad quirúrgica.
Los procedimientos percutáneos mínimamente invasivos surgidos recientemente, como el reemplazo de la válvula aórtica transcatéter (TAVR por sus siglas en inglés), han indicado una tendencia hacia una aplicación más amplia de la THV.
Los enfoques transcatéter se utilizan para el primer reemplazo de válvula cardíaca o para una nueva implantación de «válvula en válvula».
Todos los sistemas transcatéter disponibles comercialmente recientemente han demostrado resultados prometedores, especialmente en el grupo de ancianos con contraindicaciones para el reemplazo quirúrgico de la válvula aórtica.
Sin embargo, el uso de pericardio más delgado y microdaños en biomateriales durante el prensado cuestiona la durabilidad a largo plazo del TAVR y la ausencia de SVD, teniendo en cuenta la expansión de las indicaciones a grupos de pacientes de riesgo bajo y moderado.
A pesar de los avances recientes en el desarrollo de válvulas cardíacas protésicas, obviamente necesitan una nueva generación de válvulas cardíacas que puedan solucionar los principales inconvenientes de las primeras.
Los biomateriales para el desarrollo de prótesis de válvulas cardíacas de próxima generación deberían imitar las propiedades mecánicas y hemodinámicas de las válvulas nativas.
Por lo tanto, las válvulas cardíacas de ingeniería tisular (TEHV por sus siglas en inglés) representan la mejor opción para el tratamiento de la VHD, ya que en su desarrollo se utilizan las propias células del paciente, lo que proporciona una biocompatibilidad superior.
Las limitaciones recientes, incluido el control deficiente sobre el proceso de biodegradación en el entorno fisiológico, la formación de matriz extracelular y los parámetros mecánicos inferiores del neoórgano, pueden conducir a una rápida disfunción y falla de la válvula.
Los PHV (válvulas poliméricas) pueden superar los principales inconvenientes de las prótesis tisulares y mecánicas, ya que sus receptores no requerirán terapia de anticoagulación de por vida ni reemplazo repetido de válvulas cardíacas dentro de los 7 a 9 años.
Estos beneficios son de particular importancia para los adultos jóvenes y los adultos mayores, ya que pueden mejorar significativamente la calidad de vida y garantizar resultados clínicos superiores después de la cirugía.
TAVR ha demostrado ser una herramienta viable para la población de alto riesgo quirúrgico y puede volverse aún más superior cuando el material biológico se reemplaza con polímero bioestable elástico.
Las válvulas cardíacas poliméricas (PHV) pueden proporcionar una resistencia mecánica superior y resistencia a la fatiga junto con la flexibilidad, la biocompatibilidad y la resistencia a la calcificación requeridas.
PHV se puede implantar en pacientes de cualquier grupo de edad en comparación con THV.
Se puede utilizar una variedad de polímeros biocompatibles y bioestables para válvulas poliméricas.
Los PHV son superiores a los THV en cuanto a la ausencia de antígenos (p. ej., galactosa-alfa-1,3-galactosa y ácido N-glicolilneurámico) que se sabe que desencadenan la respuesta inmunitaria en los tejidos.
Además, los materiales sintéticos anulan por completo el riesgo de desarrollar encefalopatía espongiforme, que persiste en los tejidos derivados del ganado.
El desarrollo de folletos poliméricos flexibles debería facilitar la fabricación y el proceso de fabricación (en comparación con THV) a través de técnicas reproducibles de alto rendimiento (p. ej., moldeo por inyección y compresión, moldeo por inmersión, etc.).
Las ventajas mencionadas anteriormente enfatizan la relevancia de desarrollar un PHV ideal y evaluar su seguridad y durabilidad.
Esta revisión proporciona la justificación para elegir el material biocompatible óptimo potencialmente adecuado para desarrollar el dispositivo médico de nueva generación.
Durante la última década, varios estudios han informado de los éxitos y fracasos en el desarrollo de una válvula cardíaca polimérica ideal.
Sin embargo, se centran en describir los diseños de los PHV y prestan poca atención a los polímeros, sus propiedades, composición y superficie.
En esta revisión, se informan los materiales desarrollados recientemente, como SiPUU (LifePolymer, Foldax, UT, EE. UU.) y la primera implantación en humanos de estos PHV, FGO-PCU (Hastalex), un polímero único con grafeno incorporado, nanocompuestos SIBS y otros materiales de copolímeros en bloque.
Además, toda la información relevante sobre la estructura del polímero, las propiedades y el diseño de la prótesis se resume junto con los resultados de las pruebas in vitro e in vivo.
Además, las revisiones anteriores no consideran en detalle la relación entre la estructura química de los polímeros y la durabilidad y el funcionamiento de la válvula.
Varias secciones de esta revisión analizan el impacto de la estructura polimérica, la composición y la superficie en las propiedades mecánicas de uso final, la hemocompatibilidad, la calcificación y la biocompatibilidad.
Los principales inconvenientes, que incluyen pannus, calcificación, biodegradación y complicaciones trombóticas, se destacan con los mecanismos fundamentales que provocan estas complicaciones.
Tendencias, ideas y tecnologías clave (fabricación aditiva, nanotecnologías, aprendizaje automático, control de anisotropía,
El desarrollo de una válvula cardíaca artificial novedosa con una durabilidad y seguridad sobresalientes sigue siendo un desafío desde que la primera válvula cardíaca mecánica ingresó al mercado hace 65 años.
El progreso reciente en compuestos de alto peso molecular abrió nuevos horizontes para superar los principales inconvenientes de las válvulas cardíacas mecánicas y tisulares (disfunción y falla, degradación tisular, calcificación, alto potencial inmunogénico y alto riesgo de trombosis), proporcionando nuevos conocimientos sobre el desarrollo de un ideal válvula cardíaca artificial.
Las válvulas cardíacas poliméricas pueden imitar mejor el comportamiento mecánico a nivel de tejido de las válvulas nativas.
Esta revisión resume la evolución de las válvulas cardíacas poliméricas y los enfoques de vanguardia para su desarrollo, y fabricación.
La revisión analiza las pruebas de biocompatibilidad y durabilidad de materiales poliméricos previamente investigados y presenta los desarrollos más recientes, incluidos los primeros ensayos clínicos en humanos de LifePolymer.
Se analizan nuevos polímeros funcionales prometedores, biomateriales nanocompuestos y diseños de válvulas en términos de su aplicación potencial en el desarrollo de una válvula cardíaca polimérica ideal.
Se informa sobre la superioridad e inferioridad de los materiales nanocompuestos e híbridos frente a los polímeros no modificados. La revisión propone varios conceptos potencialmente adecuados para abordar los desafíos mencionados anteriormente que surgen en la I + D de válvulas cardíacas poliméricas a partir de las propiedades, la estructura y la superficie de los materiales poliméricos.
Fabricación aditiva, nanotecnología, control de anisotropía, aprendizaje automático,
El modelado numérico y el diseño permiten el modelado de materiales compuestos de fibra utilizando el método de elementos finitos.
Aseguran el cálculo de la relación óptima de relleno-base y la orientación de las fibras incluso antes de recibir las muestras compuestas.
Algunos software de modelado (CAE), como Abaqus Multimech, implementan parcialmente este enfoque a través de técnicas de submodelado, pero requieren validación y una comprensión más profunda de la micromecánica de tejidos nativos para que los materiales se reproduzcan in silico.
El aprendizaje automático se puede considerar uno de los enfoques prometedores para modelar compuestos y generar semiautomáticamente nuevos modelos de materiales, excluyendo el sesgo de ingeniería en la topología final que a veces da como resultado polímeros con estructuras no triviales.
Este enfoque, basado en redes neuronales, ha tenido éxito en la creación de materiales y compuestos arquitectónicos complejos, que luego se puede traducir al desarrollo de PHV.
La combinación de modelos complejos y algoritmos generativos que describen y predicen el comportamiento de dichos materiales puede contribuir a mejoras significativas en el campo de los materiales poliméricos multicomponentes, especialmente en aquellos que contienen dos o más tipos de fibras en sistemas multicapa.
En general, hay varias direcciones potenciales para el desarrollo y la aplicación de PHV, mientras que los resultados de los ensayos clínicos de la válvula Tria definirán la nueva era de las válvulas cardíacas poliméricas.
Como conclusiones, se utilizaron las bases de datos MEDLINE, Scopus, Clinicaltrials.gov, Google Scholar y Web of Science para identificar artículos de investigación publicados entre 2000 y 2022.
Sin embargo, algunos estudios individuales de polímeros menos conocidos en las primeras etapas de su desarrollo o de polímeros bien conocidos
Es posible que se hayan pasado por alto los polímeros destinados a otras aplicaciones médicas. Sin embargo, la revisión acumula datos sobre todos los polímeros conocidos y recientemente surgidos que se utilizan actualmente para fabricar válvulas cardíacas poliméricas.
Actualmente, el problema de la degeneración valvular estructural solo puede resolverse mediante el uso de prótesis mecánicas o biológicas.
A pesar de la amplia variedad de materiales y tecnologías de fabricación discutidos en la revisión, los avances en este campo están limitados por los estrictos requisitos de propiedades mecánicas y bioestabilidad, el comportamiento complejo y anisotrópico del modelo de válvula y la falta de materiales sintéticos autorreparables. .
Hasta la fecha, LifePolymer (Foldax) es el único material de biopolímero que ha superado con éxito las pruebas preclínicas y se ha implantado en humanos durante los ensayos clínicos.
Sin embargo, a la luz de los avances recientes en compuestos de alto peso molecular y ciencia de materiales, especialmente en el desarrollo de varios copolímeros, nanocompuestos y otras estructuras híbridas que combinan las ventajas de los compuestos, se ha hecho posible desarrollar válvulas cardíacas anisotrópicas específicas para cada paciente.
Las nuevas tecnologías de fabricación aditiva, como la impresión 3D, el electrohilado y las tecnologías de microfabricación, han acercado a la comunidad biomédica mundial al desarrollo de una prótesis de válvula cardíaca óptima.
* Rezvova MA, Klyshnikov KY, Gritskevich AA, Ovcharenko EA. Polymeric Heart Valves Will Displace Mechanical and Tissue Heart Valves: A New Era for the Medical Devices. Int J Mol Sci. 2023 Feb 16;24(4):3963. doi: 10.3390/ijms24043963. PMID: 36835389; PMCID: PMC9967268.
