Materialul revoluţionar poate fi injectat intravenos şi are aplicaţii potenţiale în cazul infarctului micardic, leziunilor cerebrale traumatice şi hipertensiunii arteriale pulmonare.
Un nou biomaterial care poate fi injectat intravenos, reduce inflamaţia în ţesuturi şi promovează repararea celulelor şi a ţesuturilor. Biomaterialul a fost testat şi s-a dovedit a fi eficient în tratarea leziunilor tisulare cauzate de infarct atât la rozătoare, cât şi la modelele de animale mari.
Cercetătorii au furnizat, de asemenea, o dovadă de concept într-un model de rozătoare, conform căreia biomaterialul ar putea fi benefic pentru pacienţii cu leziuni cerebrale traumatice şi hipertensiune arterială pulmonară.
„Acest biomaterial permite tratarea ţesuturilor deteriorate din interior spre exterior”, a declarat Karen Christman, profesor de bioinginerie la universitatea California San Diego (UCSD) şi cercetător principal în echipa care a dezvoltat materialul. „Este o nouă abordare a ingineriei regenerative”.
Se estimează că în Statele Unite se înregistrează aproape 785.000 de noi cazuri de infarct miocardic în fiecare an şi nu există niciun tratament stabilit pentru repararea leziunilor rezultate la nivelul ţesutului cardiac.
După un infarct, se dezvoltă ţesut cicatricial, care diminuează funcţia musculară şi poate duce la insuficienţă cardiacă congestivă.
„Bolile coronariene, infarctul miocardic acut şi insuficienţa cardiacă congestivă continuă să fie cele mai împovărătoare probleme de sănătate publică care afectează societatea noastră în prezent”, a declarat dr. Ryan R. Reeves, medic în cadrul diviziei de medicină cardiovasculară a UC San Diego.
„În calitate de cardiolog intervenţionist, care tratează zilnic pacienţi cu boli coronariene şi insuficienţă cardiacă congestivă, mi-aş dori să am la dispoziţie o altă terapie care să îmbunătăţească rezultatele pacienţilor şi să reducă simptomele debilitante”, a spus el.
În cadrul unor studii anterioare, echipa a dezvoltat un hidrogel realizat din scheletul natural al ţesutului muscular cardiac, cunoscut şi sub numele de matrice extracelulară (ECM), care poate fi injectat în ţesutul muscular cardiac deteriorat prin intermediul unui cateter. Gelul formează o structură de susţinere în zonele deteriorate ale inimii, încurajând creşterea noilor celule şi repararea ţesutului.
Rezultatele favorabile ale unui studiu clinic uman de fază 1 au fost raportate în toamna anului 2019. Totuşi, deoarece trebuie să fie injectat direct în muşchiul cardiac, gelul poate fi utilizat doar la o săptămână sau mai mult după un infarct miocardic, întrucât mai devreme ar risca să provoace daune din cauza procedurii de injectare cu ac.
Echipa a dorit să dezvolte un tratament care să poată fi administrat imediat după un infarct. Acest lucru a însemnat dezvoltarea unui biomaterial care ar putea fi infuzat într-un vas de sânge din inimă în acelaşi timp cu alte tratamente, cum ar fi angioplastia sau un stent, sau injectat intravenos.
„Am căutat să concepem o terapie cu biomateriale care să poată fi administrată în organe şi ţesuturi greu accesibile şi am găsit metoda de a profita de fluxul sanguin - vasele care furnizează deja sânge acestor organe şi ţesuturi”, a declarat Martin Spang, primul autor al lucrării (foto. Credit: UCSD).
Un avantaj al noului biomaterial este acela că acesta se distribuie uniform în ţesutul afectat, deoarece este perfuzat sau injectat intravenos, faţă de hidrogelul injectat prin intermediul unui cateter rămâne în locuri specifice şi nu se răspândeşte.
Cum se fabrică biomaterialul
Cercetătorii au început cu hidrogelul pe care l-au dezvoltat, care s-a dovedit a fi compatibil cu injectarea în sânge în cadrul unor teste de siguranţă. Totuşi, dimensiunea particulelor din hidrogel era prea mare pentru a viza vasele de sânge cu scurgeri.
Cercetătorii au reuşit să rezolve această problemă prin trecerea precursorului lichid al hidrogelului printr-o centrifugă, care a permis cernerea particulelor mai mari şi păstrarea doar a particulelor de dimensiuni nanometrice.
Materialul rezultat a fost trecut prin dializă şi filtrare sterilă înainte de a fi liofilizat. Adăugând apă sterilă la pulberea finală se obţine un biomaterial care poate fi injectat intravenos sau infuzat într-o arteră coronară din inimă.
Cum funcţionează
Cercetătorii au testat apoi biomaterialul pe un model de atac de cord la rozătoare. Aceştia se aşteptau ca materialul să treacă prin vasele de sânge şi să ajungă în ţesuturi, deoarece în urma unui infarct apar goluri între celulele endoteliale din vasele de sânge. Dar s-a întâmplat altceva. Biomaterialul s-a legat de acele celule, închizând golurile şi accelerând vindecarea vaselor de sânge, reducând astfel inflamaţia.
Cercetătorii au testat biomaterialul şi pe un model porcin de infarct, cu rezultate similare. De asemenea, echipa a testat cu succes ipoteza conform căreia acelaşi biomaterial ar putea ajuta la combaterea altor tipuri de inflamaţii în modelele de şobolani de leziuni cerebrale traumatice şi de hipertensiune arterială pulmonară.
Laboratorul va întreprinde mai multe studii preclinice pentru aceste afecţiuni.
Etapele următoare
„Deşi majoritatea lucrărilor din acest studiu au implicat inima, posibilităţile de a trata alte organe şi ţesuturi greu accesibile pot deschide domeniul biomaterialelor/ingineriei ţesuturilor în tratarea unor noi boli”, a declarat Spang.
Între timp, cercetătorii împreună cu Ventrix Bio, un start-up pe care l-au cofondat, intenţionează să ceară autorizaţie de la Administraţia americană pentru Alimente şi Medicamente (FDA), pentru a efectua un studiu pe oameni cu privire la aplicaţiile noului biomaterial în cazul afecţiunilor cardiace.
„Unul dintre motivele principale pentru care tratăm boala coronariană severă şi infarctul miocardic este prevenirea disfuncţiei ventriculare stângi şi a evoluţiei către insuficienţa cardiacă congestivă”, a declarat dr. Reeves. „Această terapie uşor de administrat are potenţialul de a juca un rol semnificativ în abordarea noastră terapeutică”, a adăugat el.
Un studiu privind siguranţa şi eficacitatea biomaterialului pe subiecţi umani ar putea începe în termen de unul sau doi ani, spun autorii. Echipa, care reuneşte bioingineri şi medici, şi-a prezentat concluziile în revista Nature Biomedical Engineering.
