双瓣尖机械心脏瓣膜

《机智的医生生活》中，新生儿由于先天性心脏病而延迟关胸，手术之后小朋友心脏不再需要借助仪器辅助，开始健康地跳动，“李子一样大小的心脏，跳动起来异常有力”震撼的场面让实习医生们决定加入胸外科的道路。心脏的跳动是生命的信号，血液流过的地方与心跳一起带给了心内膜细胞（Endocardial cells，ECs）流体剪切机械应力以及牵拉力。在发育过程中机械力帮助心血管系统逐渐成型，但这些力量如何指导局部心肌细胞的细胞命运的刻画的仍不清楚。为此，法国国家健康与医学研究院Julien Vermot研究组在Science发文题为Bioelectric signaling and the control of cardiac cell identity in response to mechanical forces，通过在体内操纵机械应力揭开了机械力在促进心血管瓣膜形成以及特定细胞命运决定中的关键作用。以斑马鱼作为模式生物可以实现高分辨率的时空机械应力参数在体内的控制，作者们首先通过的荧光标记的Ca2+感受器蛋白GCaMP7a在心内膜细胞中的表达监测Ca2+的动态变化【1】作者们惊讶地发现Ca2+振荡几乎只会在房室瓣的房室管区域形成（图1）。这一现象引发的了作者们的兴趣，作者们想知道Ca2+的振荡是否与血管瓣膜形成分化过程相关，所以作者们想找到Ca2+信号在体内的解码器以及效应因子。也就是说，什么因子能够读取Ca2+振荡事件所带来的信息呢？先前的研究表明，Nfatc1（Nuclear factor of activated T cells 1）是一个对Ca2+通道非常敏感的转录因子，能够调节心内膜细胞向间充质细胞的转化以及心脏瓣膜形态发生过程【2,3】。因此，作者们构建了一个Nfat结合元件报告品系，可以反映Nfat蛋白的结合。作者们确认了Ca2+信号通路的时空调控与Nfat激活是相耦连的，是瓣膜形成过程中心内膜细胞中的特征。图1 Ca2+振荡只出现在瓣膜形成区域进一步地，作者们想知道所观察的Ca2+振荡是否与心内膜细胞中对于应力的响应有关，所以作者们使用抑制剂处理使得心脏跳动停止，然后观察此时Ca2+信号的变化。作者们发现心脏跳动停止后，Ca2+振荡消失，与此同时Nfat的激活也消失。另外，在斑马鱼的缺血性突变体中Ca2+的振荡也会显著减少，并且Nfat的活性也同步降低。这些现象表明Ca2+振荡以及Nfat的激活对于机械应力具有响应。进一步地，作者们希望通过操纵血管瓣膜边界处的机械应力对机械力改变所带来的效应进行检测。作者们想到了一个很巧妙地方式，将一个30-60μm的琼脂磁珠插入到心血管腔中，通过精妙地微型外科手术确保不会影响心脏的正常功能。作者们通过磁镊（Magnetic tweezers）精确调控可以施加在磁珠上的机械应力。通过Ca2+的流量对心内膜细胞中对机械力的响应，作者们发现心肌细胞机械应力的与Ca2+振荡有关。那么当应力发生错误的时候，是否对瓣膜形态形成和发育有影响呢？为此，作者们通过对磁珠移植的局部反应进行检测，发现移植的磁珠会导致心脏瓣膜定位异常并伸入心胶质中，同也会导致心脏瓣膜相关基因的异常表达。另外，通过Nfat的抑制剂处理，作者们发现Nfatc1的核定位会被增加的机械力所促进，并且是以一种Nfatc1中Ser/Thr去磷酸化依赖的方式进行的。除此之外，作者们发现Ca2+-Nfat信号通路并不是通过通常认为的klf2a机械转导信号进行的，而是通过一个机械力敏感的基因egr1实现的。为了找到机械力依赖的Ca2+-Nfat信号通路激活的具体因子，作者们对一些已知对机械力敏感的通道蛋白以及纤毛发生相关的突变体品系进行检测，比如Trp通道以及Piezo等。但是作者们发现这些突变体中Ca2+激活都是正常的，而且对胚胎使用非特异性应力敏感通道阻滞剂钆离子处理后的胚胎Ca2+的激活也是正常的。这说明可能有其他的因素参与其中。先前的研究表明，这体外培养的心内膜细胞对于机械力在响应的时候会产生ATP水平的变化【4】，ATP会通过嘌呤受体P2X通道激活Ca2+信号。通过拮抗剂以及转录本、过表达等实验，作者们确认在心内膜细胞中Ca2+内流是由P2X通道调节，以响应胞外ATP水平的变化。随后作者们对激活以及抑制P2X介导的ATP信号通路对瓣膜形成的影响进行鉴定，发现P2X受体调节Nfat活性，但该调节作用并不依赖于VEGF信号通路。P2X介导的ATP信号通路发生异常时，心脏瓣膜结构异常，瓣膜形态不完全。因此，P2X作为Nfat活性上游发挥作用，控制心脏瓣膜发育以响应机械力的刺激。图2 工作模型总的来说，该工作揭开了心内膜细胞“破译”机械力信息的奥秘（图2），并且发现ATP作为一种附加的机械敏感旁分泌信号，通过它血流动力学力量可以指导心脏瓣膜的发育，可能可以作为未来帮助心脏瓣膜在体外的生长以及对先天性心脏瓣膜缺陷的治疗方案。由于该工作对于心脏瓣膜发育与机械力之间关系的揭示，同期刊发了观点文章对其进行了高度评价，题为Not all stress is bad for your heart。适当的机械应力对于心内膜细胞感受刺激并在正确位置产生心脏瓣膜具有非常重要的意义。斑马鱼中的研究并非终点，如何将机械应力在哺乳动物例如小鼠或者人类中瓣膜形成与特化过程相联系，能否用于三维类器官培养以造福病人等该领域未来的发展方向。不过，看来有点儿“小压力”对心脏也并非坏事，小压力，才有强心脏！原文链接：https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.abc6229

6月18日，澳大利亚宣布完成了世界介入法人工心脏瓣膜置换临床实验，为患有主动脉瓣狭窄的老年病人带来福音。总共有十一位女性老年病人参加了此次临床试验，手术在位于墨尔本的莫纳什医学中心（Monash Medical Centre）进行，每例手术用时90分钟，全部取得成功。主动脉瓣狭窄属于老年多发病，对于年轻的病人，现行的治疗方法是开胸手术，但对于老年患者，不能采用开胸手术，病情严重的老年患者会出现呼吸困难，其中50％以上生命不会超过一年，只有三分之一的患者生命会超过两年。 莫纳什医学中心是在击败哈佛大学、Mayo Clinic等国际竞争对手后赢得临床试验权的。手术使用了以色列制造的特殊人工瓣膜，称作&ldquo 莲花瓣膜&rdquo ，它的与众不同之处是在手术过程中可以收起并重新放置。 第二次试验将在德国、法国、英国和澳大利亚的16所医院进行，而第三次试验将在美国、欧洲、亚洲和澳大利亚同时进行，1000名病人参与。如果进展顺利，两年后这种治疗方法将在全球被广泛采用。 以上信息有HASUC整理摘录，HASUC主营：真空干燥箱、烘箱、电子防潮箱、鼓风干燥箱、培养箱、生化培养箱、霉菌培养箱、干燥柜、电炉、马弗炉、电阻炉、二氧化碳培养箱、霉菌培养箱、隔水式培养箱、低温培养箱、BOD培养箱、恒温恒湿培养箱、光照培养箱、恒温恒湿培养箱、人工气候箱、 恒温干燥箱、防潮箱、高温烤箱、低温培养箱、恒温培养箱、高低温箱、高低温试验箱、高低温交变试验箱、高低温冲击试验箱、恒温恒湿箱、高低温湿热试验箱等。

近日，全球领先的心血管系统医疗器材公司edwards lifesciences宣布，其产品edwards intuity elite瓣膜系统获得了美国fda的批准。该产品是一种可用于外科主动脉瓣膜快速置换的医疗设备。 ▲edwards intuity elite瓣膜系统示意图（图片来源：edwards lifesciences官网）人工主动脉瓣膜主要用在治疗心血系统的瓣膜狭窄疾病领域。目前使用药物治疗这类疾病的效果不明显，而开胸型大手术则面临极大的细菌感染和手术事故风险，特别不适用于老年患者和已有其他病患的人群。临床数据表明，与传统开胸主动脉瓣置换相比，微创主动脉瓣手术具有出血少、住院时间短、手术伤口美观、心肌缺血时间缩短等众多优点。创建于1958年的edwards lifesciences是心瓣膜学科和血液动力学监测的全球领先企业之一。该公司与临床医生合作开发结构性心脏病和重症监护领域的创新性技术，从而帮助他们挽救生命并提高患者生活质量。其最近获fda批准的intuity elite无缝线瓣膜系统旨在进一步优化微创手术，简化复杂的主动脉瓣置换过程，从而为主动脉瓣疾病患者提供前沿的治疗方案。 ▲edwards intuity elite瓣膜系统操作示意图（图片来源：edwards lifesciences官网）fda对该主动脉瓣膜的批准是基于transform临床试验的良好结果。这项研究在美国29个医疗中心治疗了839例患者。数据表明，在一年时间里， intuity瓣膜系统是安全有效的，并且可以减少手术交叉钳时间和体外血液循环时间。这一产品总体上降低了病人的死亡率和发病率，减短了重症监护病房（icu）及住院停留时间。 ▲bernard zovighian先生（图片来源：linkedin）edwards lifesciences公司负责外科心脏瓣膜疗法的副总裁bernard zovighian先生说道：“intuity elite 瓣膜系统在美国获得批准是一重要里程碑，该技术为主动脉瓣疾病患者提供了先进的手术治疗选择。与医生们紧密合作，edwards正致力于开发更多创新的医疗手术技术来满足病人的需要。” 参考资料：[1] edwards intuity elite rapid deployment valve receives fda approval[2] fda approves edwards' minimally invasive aortic valve system[3] edwards lifesciences 官方网站