QU teams up with researchers to develop living heart valves

Researchers at Qatar University (QU), in collaboration with researchers from Imperial College London, Biostage, Inc (USA), and American University of Beirut (Lebanon) have made a leap forward in developing engineered living heart valves that can work like the natural heart valves and grow bigger after implantation in human heart.

The team generated the valve using a combination of nanotechnology, 3D printing and newly developed tissue engineering techniques.

They made a 3D shape of heart valve using a special type of nanofiber-based biomaterial which was then injected with living human cells, and grown inside a tissue incubator before being ready to go through the testing and implantation in heart.

The injected cells create and deposit their own natural matrix over time while the initial supporting material used to make the valve slowly degrades and gets replaced by the matrix deposited by the cells.

This technique called “tissue engineering” is one of the latest advancements in the field of biomedical engineering and has recently been successfully applied to develop engineered human skins and bladders.

The team also employed a series of new testing procedures for engineered heart valves to ensure the highest quality of the developed valves before their implantation in living body, using tests involving a pulse duplicator and echocardiography machine that have enormous potential for routine application in engineered tissue testing before their implantation.

The research was funded by Qatar National Research Fund and published in the Scientific Reports journal by Nature publications, a leading scientific publisher worldwide.

QU College of Engineering assistant professor and lead principal investigator of the project, Dr Anwarul Hasan, said: “These viable, biocompatible and durable engineered tissue valves offer numerous advantages in comparison to currently available metal valves and animal valves which often create complications with the body’s natural defence system or last only few years. The engineered tissue valves will last longer, be adopted by the body without rejection and grow with patient’s growth.”

QU College of Health Sciences dean and Biomedical Research Centre director, Dr Asma al-Thani, said: “This is a remarkable achievement and a clear indication of how our talented researchers at QU are leading cutting-edge research using the latest technologies to serve the humanity.”

Hamad General Hospital Medical director Dr Yousuf Maslamani said: “This achievement is the result of QUs collaboration with prestigious international institutions and is a milestone in the development of human implantable engineered tissues and organs, especially given the enormous shortage of organ donors and the great need for such biologically engineered organs and tissues.”

حقق باحثو جامعة قطر قفزة في تطوير صمامات القلب الحيَّة المهندسة التي يمكن أن تعمل مثل صمام القلب الطبيعي وتنمو بشكل أكبر بعد عملية الزراعة للقلب البشري للمريض. تم تصنيع الصمام باستخدام مزيج من تقنية النانو، والطباعة ثلاثية الأبعاد، وتقنيات هندسة الأنسجة التي تم تطويرها حديثاً، حيث يتم أولاً تصنيع شكل ثلاثي الأبعاد لصمام القلب، باستخدام نوع خاص من المواد الحيوية القائمة على الألياف النانوية، والتي يتم حقنها بعد ذلك بالخلايا البشرية الحية، وتنمو داخل أنسجة تكون حاضنة لها قبل عملية الاختبار وعملية الزراعة للقلب.

بدورها تقوم الخلايا المحقونة في الصمام بإنشاء وإيداع مصفوفة طبيعية خاصة بها على مدار الوقت، بينما يتم استخدام المادة الداعمة الأولية المستخدمة في جعل الصمام يتلاشى ببطء ويتم استبداله بالمصفوفة المودعة من قبل الخلايا.

واستخدم الفريق سلسلة من إجراءات الاختبار الجديدة لصمامات القلب المهندسة لضمان أعلى جودة للصمامات المتقدمة قبل غرسها في الجسم الحي، وذلك باستخدام اختبارات تتضمن جهاز نسخ نبضات القلب وآلة رسم القلب التي تنطوي على إمكانات هائلة للتطبيق الروتيني في اختبار الأنسجة المهندسة قبل زرعها. وتعد هذه التقنية التي تدعى هندسة الأنسجة واحدة من أحدث التطورات في مجال الهندسة الطبية الحيوية، وقد تم تطبيقها مؤخراً بنجاح على الجلود البشرية المطورة هندسياً.

تم نشر هذا العمل في مجلة «التقارير العلمية» من قبل مجلة Nature، وهي مجلة علمية رائدة عالمياً.

ضم الفريق علماء من مؤسسات متعددة في بلدان مختلفة بما في ذلك قطر والولايات المتحدة الأميركية والمملكة المتحدة، وتم تمويله من قبل برنامج صندوق قطر الوطني للبحث العلمي.

وقال الباحث الرئيسي في المشروع الدكتور أنوارول حسن: «توفر هذه الصمامات النسيجية المهندسة حيوياً والقابلة للحياة الصناعية مزايا عديدة مقارنة بالصمامات المعدنية وصمامات الحيوانات المتوفرة حالياً، والتي غالباً ما يتم رفضها من قبل نظام الدفاع الطبيعي للجسم بعد بضع سنوات فقط، لافتاً إلى أن هذه الصمامات النسيجية الهندسية تستمر لفترة أطول، ويتم تبنيها من قبل الجسم دون الرفض والنمو مع نمو المريض».

ووصفت الأستاذة الدكتورة أسماء آل ثاني عميد كلية العلوم الصحية ومدير مركز البحوث الحيوية الطبية، هذه الخطوة بأنها تقدم رائع ومؤشر واضح على أن جامعة قطر تحقق تقدماً مهماً في مجال الأبحاث الطبية وتستخدم أحدث التقنيات، وهي تنتج معلومات جديدة تعتمدها مجلات عالمية رائدة».

وقال الدكتور يوسف المسلماني المدير الطبي لمستشفى حمد العام: «هذا الإنجاز ثمرة تعاون جامعة قطر مع مؤسسات عالمية مرموقة، وسوف تكون له نتائج طبية وبخاصة إذا أخذنا بعين الاعتبار النقص الهائل في المتبرعين بالأعضاء، والحاجة الكبيرة لمثل هذه الأعضاء والأنسجة المهندسة بيولوجياً».;