Biyomateryal, UC San Diego’da geliştirilen bir hidrojeli temel alır. Kredi: David Baillot/University of California San Diego
Madde intravenöz enjeksiyon yoluyla uygulanabilir ve kalp krizi ve travmatik beyin hasarı gibi durumların tedavisinde kullanılma olasılığı vardır. , diğerleri arasında.
İntravenöz olarak enjekte edildiğinde iltihaplanmayı azaltan ve hücre ve doku onarımını uyaran yenilikçi bir biyomateryal geliştirilmiştir. Bu biyomateryalin kalp krizinin neden olduğu doku hasarını tedavi etmedeki etkinliği, hem kemirgen hem de büyük hayvan modellerinde yapılan başarılı testlerle kanıtlanmıştır. Araştırmacılar ayrıca, bir kemirgen çalışmasına dayalı kavram kanıtı sunarak, biyomateryalin travmatik beyin hasarı ve pulmoner arter hipertansiyonunun tedavisinde faydalı olabileceğini öne sürdüler.
“Bu biyomateryal, hasarlı dokuyu içeriden tedavi etmeye olanak tanır. California San Diego Üniversitesi’nde biyomühendislik profesörü ve materyali geliştiren ekibin baş araştırmacısı olan Karen Christman,” dedi. “Yenileme mühendisliğine yeni bir yaklaşım.”
Christman’a göre, biyomalzemenin insan deneklerdeki güvenliğini ve etkinliğini değerlendiren bir çalışma, önümüzdeki bir ila iki yıl içinde başlayabilir. Hem biyomühendislerden hem de doktorlardan oluşan ekip, sonuçlarını Nature Biomedical Engineering’de yayınladı.
Martin Spang, dokuları iyileştiren yeni bir biyomateryal hakkında ayrıntılı bilgi veren Nature Biomedical Engineering makalesinin ilk yazarıdır. içten dışa. Kredi: David Baillot/University of California San Diego
Amerika Birleşik Devletleri’nde her yıl tahminen 785.000 yeni kalp krizi vakası oluyor ve bunun sonucunda kalp dokusunda meydana gelen hasarı onarmak için yerleşik bir tedavi yöntemi yok. Kalp krizinden sonra, kas işlevini azaltan ve konjestif kalp yetmezliğine yol açabilen yara dokusu gelişir.
“Koroner arter hastalığı, akut miyokard enfarktüsü ve konjestif kalp yetmezliği, etkileyen en külfetli halk sağlığı sorunları olmaya devam ediyor. UC San Diego Kardiyovasküler Tıp Bölümü’nde doktor olan Dr. Ryan R. Reeves, bugün toplumumuz. “Koroner arter hastalığı ve konjestif kalp yetmezliği olan hastaları günlük olarak tedavi eden girişimsel bir kardiyolog olarak, hasta sonuçlarını iyileştirmek ve zayıflatıcı semptomları azaltmak için başka bir terapi almayı çok isterim.”
Önceki çalışmalarda, Christman liderliğindeki ekip, hücre dışı matris (ECM) olarak da bilinen, kalp kası dokusunun doğal yapısından yapılan ve bir kateter yoluyla hasarlı kalp kası dokusuna enjekte edilebilen bir hidrojel geliştirdi. Jel, kalbin hasarlı bölgelerinde bir iskele oluşturarak yeni hücre büyümesini ve onarımını teşvik eder. Başarılı bir faz 1 insan klinik deneyinin sonuçları 2019 sonbaharında bildirildi. Ancak doğrudan kalp kasına enjekte edilmesi gerektiğinden, kalp krizinden yalnızca bir hafta veya daha uzun süre sonra kullanılabilir – daha erken hasar verme riski vardır çünkü iğne bazlı enjeksiyon prosedürü.
Ekip, kalp krizinden hemen sonra uygulanabilecek bir tedavi geliştirmek istedi. Bu, anjiyoplasti veya stent gibi diğer tedavilerle aynı anda kalpteki bir kan damarına aşılanabilecek veya intravenöz olarak enjekte edilebilecek bir biyomateryal geliştirmek anlamına geliyordu.
“Biyomateryal bir tedavi tasarlamaya çalıştık. ulaşılması zor organ ve dokulara iletildi ve kan dolaşımından – zaten bu organlara ve dokulara kan sağlayan damarlardan – yararlanma yöntemini bulduk” dedi. Doktora Shu Chien-Gene Lay Biyomühendislik Departmanındaki Christman’s grubunda.
Yeni biyomateryalin bir avantajı, infüze edilmesi veya intravenöz olarak enjekte edilmesi nedeniyle hasarlı doku boyunca eşit şekilde dağılmasıdır. Buna karşın, bir kateter yoluyla enjekte edilen hidrojel belirli konumlarda kalır ve yayılmaz.
Biyomateryal nasıl yapılır?
Christman’ın laboratuvarındaki araştırmacılar, geliştirdikleri ve kanıtlanmış olan hidrojel ile başladılar. güvenlik denemelerinin bir parçası olarak kan enjeksiyonlarıyla uyumlu olması. Ancak hidrojeldeki parçacık boyutu, sızdıran kan damarlarını hedeflemek için çok büyüktü. Spang, ardından bir Ph.D. Christman’ın laboratuvarındaki bir öğrenci, hidrojelin sıvı öncüsünü bir santrifüjden geçirerek bu sorunu çözdü, bu da daha büyük parçacıkların elenmesine ve yalnızca nano boyutlu parçacıkların kalmasına izin verdi. Nihai malzeme, dondurularak kurutulmadan önce diyalizden ve steril filtrelemeden geçirildi. Nihai toza steril su eklendiğinde, damardan enjekte edilebilen veya kalpteki bir koroner artere aşılanabilen bir biyomateryal elde edilir.
Nasıl çalışır?
Araştırmacılar daha sonra biyomateryali bir kemirgen modelinde test ettiler kalp krizi. Bir kalp krizinden sonra kan damarlarındaki endotelyal hücreler arasında boşluklar oluştuğu için, malzemenin kan damarlarından dokuya geçmesini beklediler.
Fakat başka bir şey oldu. Biyomateryal bu hücrelere bağlanır, boşlukları kapatır ve kan damarlarının iyileşmesini hızlandırır, bunun sonucunda iltihaplanmayı azaltır. Araştırmacılar biyomateryali bir domuz kalp krizi modelinde de test ettiler ve benzer sonuçlar elde ettiler.
Ekip ayrıca, aynı biyomateryalin travmatik beyin hasarı ve fare modellerinde diğer iltihaplanma türlerini hedeflemeye yardımcı olabileceği hipotezini başarıyla test etti ve pulmoner arteriyel hipertansiyon. Christman’s laboratuvarı bu koşullar için birkaç preklinik çalışma yapacak.
Sonraki adımlar
“Bu çalışmadaki çalışmaların çoğu kalbi, erişimi zor diğer organları tedavi etme olasılıklarını ve dokular, biyomateryaller/doku mühendisliği alanını yeni hastalıkları tedavi etmek için açabilir,” dedi Spang.
Bu arada, Christman ve ortak kurucusu olduğu bir girişim olan Ventrix Bio, Inc. FDA, insanlarda yeni biyomateryallerin kalp rahatsızlıklarına yönelik uygulamalarını araştıracak. Bu, insanlar üzerinde yapılan klinik deneylerin bir veya iki yıl içinde başlayacağı anlamına gelir.
“Şiddetli koroner arter hastalığını ve miyokard enfarktüsünü tedavi etmemizin başlıca nedenlerinden biri, sol ventrikül işlev bozukluğunu ve konjestif kalp yetmezliğine ilerlemeyi önlemektir” dedi Dr. Reeves. . “Uygulaması kolay olan bu terapi, tedavi yaklaşımımızda önemli bir rol oynama potansiyeline sahiptir.”
Referans: “İltihaplı dokuları hedeflemek ve tedavi etmek için bir biyomateryal olarak intravasküler olarak infüze edilen hücre dışı matris”, Martin T. Spang , Ryan Middleton, Miranda Diaz, Jervaughn Hunter, Joshua Mesfin, Alison Banka, Holly Sullivan, Raymond Wang, Tori S. Lazerson, Saumya Bhatia, James Corbitt, Gavin D’Elia, Gerardo Sandoval-Gomez, Rebecca Kandell, Maria A. Vratsanos , Karthikeyan Gnanasekaran, Takayuki Kato, Sachiyo Igata, Colin Luo, Kent G. Osborn, Nathan C. Gianneschi, Omolola Eniola-Adefeso, Pedro Cabrales, Ester J. Kwon, Francisco Contijoch, Ryan R. Reeves, Anthony N. DeMaria ve Karen L. Christman, 29 Aralık 2022, Doğa Biyomedikal Mühendisliği.
DOI: 10.1038/s41551-022-00964-5