Новий біоматеріал, який можна вводити внутрішньовенно, зменшує запалення в тканинах та сприяє відновленню клітин та тканин. Біоматеріал був протестований і довів свою ефективність при лікуванні пошкоджень тканин, спричинених серцевими нападами як на моделях гризунів, так і на великих тварин. Дослідники також надали доказ концепції на моделі гризунів про те, що біоматеріал може бути корисним для пацієнтів з черепно-мозковою травмою та легеневою артеріальною гіпертензією.
«Цей біоматеріал дозволяє лікувати пошкоджені тканини зсередини», — говорить Карен Крістман, професор біоінженерії Каліфорнійського університету в Сан-Дієго і провідний дослідник групи, що розробила матеріал. “Це новий підхід до регенеративної інженерії”.
Крістман додав, що дослідження безпеки та ефективності біоматеріалу на людях може розпочатися протягом одного-двох років. Команда, до якої входять біоінженери та лікарі, представила свої висновки у випуску журналу Nature Biomedical Engineering від 29 грудня.
За оцінками, у Сполучених Штатах щорічно реєструється 785 000 нових випадків серцевого нападу, і немає встановленого лікування відновлення отриманого внаслідок ушкодження серцевої тканини. Після серцевого нападу розвивається рубцева тканина, яка знижує м’язову функцію та може призвести до застійної серцевої недостатності.
«Ішемічна хвороба серця, гострий інфаркт міокарда та застійна серцева недостатність продовжують залишатися найбільш обтяжливими проблемами громадської охорони здоров’я, які торкаються нашого суспільства сьогодні», — сказав доктор Раян Р. Рівз, лікар відділення серцево-судинної медицини Каліфорнійського університету в Сан-Діє. «Як інтервенційний кардіолог, який щодня лікує пацієнтів з ішемічною хворобою серця та застійною серцевою недостатністю, я хотів би отримати ще одну терапію для покращення результатів лікування пацієнтів та зменшення виснажливих симптомів».
У попередніх дослідженнях команда на чолі з Крістманом розробила гідрогель, виготовлений із природного каркасу тканини серцевого м’яза, також відомого як позаклітинний матрикс (ECM), який можна вводити у пошкоджену тканину серцевого м’яза через катетер. Гель утворює каркас у пошкоджених ділянках серця, стимулюючи зростання та відновлення нових клітин. Результати успішного клінічного випробування фази 1 на людях було опубліковано восени 2019 року. Але, оскільки його необхідно вводити безпосередньо в серцевий м’яз, його можна використовувати лише через тиждень або більше після серцевого нападу — раніше це може призвести до пошкодження через ін’єкційну процедуру на основі голки.
Команда хотіла розробити лікування, яке можна було б застосовувати одразу після серцевого нападу. Це означало розробку біоматеріалу, який можна було б вводити в кровоносну судину серця одночасно з іншими методами лікування, такими як ангіопластика або стент або вводити внутрішньовенно.
«Ми прагнули розробити терапію біоматеріалом, який можна було б доставити в важкодоступні органи та тканини, і ми придумали метод, що дозволяє використовувати кровотік — судини, які вже постачають кров’ю ці органи та тканини», сказав Мартін Спанг, перший автор статті, який отримав докторський ступінь. . у групі Крістмана у відділенні біоінженерії Shu Chien-Gene Lay.
Однією з переваг нового біоматеріалу є те, що він рівномірно розподіляється по пошкоджених тканинах, оскільки його вводять внутрішньовенно або вводять внутрішньовенно. Навпаки, гідрогель, введений через катетер, залишається у певних місцях і не поширюється.
Як роблять біоматеріал
Дослідники в лабораторії Крістмана почали з розробленого ними гідрогелю, який, як було доведено, сумісний із ін’єкціями крові в рамках випробувань на безпеку. Але розмір частинок гідрогелю був занадто великим, щоб впливати на кровоносні судини, що схудли. Спанг, потім доктор філософії. студент лабораторії Крістмана вирішив цю проблему, пропустивши рідкий попередник гідрогелю через центрифугу, що дозволило відсіяти більші частинки та залишити лише частинки нанорозміру. Отриманий матеріал піддавали діалізу та стерильної фільтрації перед сублімаційним сушінням. Додавання стерильної води до кінцевого порошку призводить до отримання біоматеріалу, який можна вводити внутрішньовенно або вводити в коронарну артерію серця. на моделі серцевих нападів у гризунів Вони очікували, що матеріал пройде через кровоносні судини та потрапить у тканини, тому що після серцевого нападу між ендотеліальними клітинами у кровоносних судинах утворюються проміжки.
Але сталося ще дещо. Біоматеріал зв’язується з цими клітинами, закриваючи щілини та прискорюючи загоєння судин, в результаті зменшуючи запалення. Дослідники протестували біоматеріал на моделі серцевого нападу у свині та отримали аналогічні результати.
Команда також успішно перевірила гіпотезу про те, що той же біоматеріал може допомогти впливати на інші типи запалення на щурових моделях черепно-мозкової травми та легеневої артеріальної гіпертензії. Лабораторія Крістмана проведе кілька доклінічних досліджень цих станів. тканин можуть відкрити область біоматеріалів/тканинної інженерії для лікування нових захворювань», — сказав Спанг. людей застосування нового біоматеріалу для лікування серцевих захворювань. Це означає, що клінічні випробування на людях розпочнуться через рік чи два.
«Однією з основних причин, через яку ми лікуємо тяжку ішемічну хворобу серця та інфаркт міокарда, є запобігання дисфункції лівого шлуночка та прогресуванню застійної серцевої недостатності» — сказав доктор Рівз. «Ця проста у застосуванні терапія може відіграти важливу роль у нашому підході до лікування».
