Kompozitní cévní náhrada a způsob její výroby

Výsledek vznikl v rámci dlouholeté spolupráce mezioborového vědecko-výzkumného týmu zahrnujícího odborníky z řad lékařů (Všeobecná fakultní nemocnice v Praze, 1. lékařská fakulta UK v Praze), techniků, materiálových a procesních inženýrů (Fakulta strojní ČVUT v Praze). Spolupráce probíhala především v rámci projektu získaného z Ministerstva zdravotnictví ČR NT13302-4/2012, NV15-27941A. Od roku 2025 probíhá další optimalizace náhrady v rámci dalšího navazujícího projektu. Jedná se o kompozitní cévní štěp (protézu) se sendvičovou strukturou stěny na bázi kombinace biologického a syntetického polymeru. Protéza je primárně určena pro topografické anatomické oblasti s nízkým průtokem krve (pod 200 ml/min) a pro malé průsvity (pod 6 mm). Tento typ protézy nebyl dosud uspokojivě řešen, přitom vzhledem k moderní dynamické době a životnímu stylu dochází celosvětově k výraznému nárůstu kardiovaskulárních onemocnění. V mezinárodním kontextu je například Česká republika řazena mezi země s vysokým kardiovaskulárním rizikem. V posledních letech se kardiovaskulární onemocnění podílejí až 42 % na celkové úmrtnosti populace. 

Práce na konstrukci cévního štěpu získala český patent CZ308556 a evropský patent EP3434292.

Výsledek je relevantní pro zdravotnictví a protetický průmysl. V cévní chirurgii jsou jako zlatý standard, při tvorbě bypassu nebo plné náhradě postiženého cévního úseku žilní štěpy, používány např. vena safena magna (VSM) nebo vena safena parva (VSP). Jedná se o autologní cévní štěpy z dolní končetiny. Tento způsob rekonstrukce mnohdy není možný z důvodu nedostupného nebo nekvalitního cévního štěpu např. vlivem cévního onemocnění. Např. varixy, postihující právě tyto žíly. Toto onemocnění se vyskytuje v populaci až u 30 % žen a až u 20 % mužů. Proto jsou často využívány syntetické cévní grafts, pletené, tkané, lité. Mají však celou řadu limitací. Mezi zásadní patří nízká rezistence k infekci, zvýšené riziko uzávěru či vznik stenózy, nebo naopak k časové dilataci vlivem prostředí a podmínek v těle. U některých protéz je aplikován zátěr z bovinního kolagenu, na který až 3 % populace vykazuje zvýšenou alergickou reakci.   

Naše alternativní cévní náhrady je tvořena matricí z rybího kolagenu do které je integrovaný scaffold z pleteniny tvořený monofilními polymerními vlákny. Matrice z kolagenu získaného ze sladkovodních ryb je vyrobena technologií extruze, při níž dochází k orientaci (uspořádání) svazků kolagenních vlakem. Tento typ technologie současně s geometrií scaffoldu vytváří v materiálu stěny umělé náhrady anizotropii, i když původní surovina je izotropní. Tím se vnitřní strukturou a mechanickou odezvou přibližuje nativní cévě.

Velkou výhodou je tedy minimalizace alergické reakce organismu příjemce a dobré hojení v oblasti anastomóz. Zásadní je odstranění rizika přenosu zoonóz známých u teplokrevných živočichů. S novou náhradou byly provedeny preklinické testy na velkých zvířatech (ovce). Byla prokázána nízká imunogenicita, velmi dobré vhojení v oblasti anastomóz, rychlé osídlení vnitřního povrchu endotelovými buňkami (vznik neointimy) a snížení rizika uzávěrů protézy při nízkém průtoku krve.

Aplikace se předpokládá v oblasti koronárních a nízko průměrových cév a bypassů, v oblasti periférií, zejména pedálních náhrad a bypassu, např. při zachování nebo obnově krevního zásobení končetiny vlivem cukrovky. Cukrovkou je postiženo až 10 % populace v ČR. Na světě, tam kde je toto onemocnění evidováno, je cca 540 miliónů lidí s cukrovkou. Roční světový odhad úmrtí na toto onemocnění (a komplikace jim vzniklé) se pohybuje kolem 7 miliónů lidí. Cévní náhrady různého typu mají zásadní dopad na zachování nebo obnovení kvality životního standardu jedince. V mnoha případech se jedná o život zachraňující zásah, aplikaci. Anatomicky a funkčně může být alternativní arteficiální cévní graft uplatnitelná v celé populaci, tj. u žen, mužů, případně i dětí.

 

Obrázek. 1: Vyvíjená kompozitní cévní náhrada pro malé průměry a průtoky se sendvičovým uspořádáním stěny. A-B průřez stěnou umělé cévní náhrady.

 

Obrázek. 2: Mechanické testy arteficiální cévní náhrady v systému pro inflačně-extenzní zkoušky na FS ČVUT v Praze, tj. cyklické zatěžování tubulárního vzorku vnitřním tlakem kapaliny.

 

Obrázek. 3: Implantace prototypu vyvíjené cévní náhrady do zvířecího modelu, tj. krční tepny ovce, způsobem End-to-Side nebo End-to-End. Experimentální operační sál na 1. LF UK v Praze a kardiochirurgové z Všeobecné fakultní nemocnice v Praze.  

 

Obrázek. 4: Měření vnitřních rozměrů implantované cévní náhrady pomocí ultrazvuku, příčný a podélný průřez.
.

Obrázek. 5: Implantace protézy do ovčí krční tepny a stav po 161 dnech. A, proximální a distální anastomóza End-to-Side, ligace karotické tepny; B, explantace patentního štěpu; C, měření průtoku pomocí ultrazvukových sond; D, žádné makroskopické známky intimální hyperplazie po 161 dnech

 

Patenty:

• EP3434292A1 - COMPOSITE BLOOD VESSEL SUBSTITUTE AND THE METHOD FOR PRODUCING IT
• CZ308556B6 - Composite vascular replacement and manufacturing method

Kontakt:

Ing. Hynek Chlup, Ph.D.

Ústav mechaniky, biomechaniky a mechatroniky Fakulty strojní ČVUT v Praze

E-mail: hynek.chlup@cvut.cz

Tel.: +420 224 352 690