Операції не знадобляться. Новий біоматеріал позбавить необхідності хірургічного втручання

Розробили інноваційний біоматеріал, який під час внутрішньовенного введення зменшує запалення та стимулює відновлення клітин і тканин. Ефективність цього біоматеріалу під час лікування пошкоджень тканин, спричинених серцевим нападом, була продемонстрована під час успішних випробувань як на гризунах, так і на моделях великих тварин. Дослідники також представили доказ концепції, що ґрунтується на дослідженні на гризунах, припускаючи, що біоматеріал може виявитися корисним для лікування черепно-мозкової травми та легеневої артеріальної гіпертензії, пише SciTechDaily.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтеся, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

"Цей біоматеріал дозволяє лікувати пошкоджені тканини зсередини, — сказала Карен Крістман, професорка біоінженерії Каліфорнійського університету в Сан-Дієго та провідна дослідниця групи, що розробила матеріал. — Це новий підхід до регенеративної інженерії".

За словами Крістман, дослідження з оцінки безпеки й ефективності біоматеріалу на людях може розпочатися протягом наступних одного-двох років. Команда, що складається як із біоінженерів, так і з лікарів, нещодавно опублікувала свої перші результати випробувань.

За оцінками, лише в Сполучених Штатах щорічно реєструють 785 000 нових випадків серцевого нападу, і немає встановленого лікування відновлення від 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 й застійна серцева недостатність продовжують залишатися найбільш обтяжливими проблемами громадської охорони здоров'я, які торкаються нашого суспільства сьогодні", — сказав Раян Р. Рівз, лікар відділення серцево-судинної медицини Каліфорнійського університету в Сан-Дієго. — Як інтервенційний кардіолог, який щодня лікує пацієнтів із ішемічною хворобою серця та застійною серцевою недостатністю, я хотів би отримати ще одну терапію для покращення результатів лікування пацієнтів і зменшення виснажливих симптомів".

У попередніх дослідженнях команда на чолі з Крістман розробила гідрогель, виготовлений із природного каркасу тканини серцевого м'яза, також відомого як позаклітинний матрикс, який можна вводити в пошкоджену тканину серцевого м'яза через катетер. Гель утворює каркас у пошкоджених ділянках серця, стимулюючи ріст і відновлення нових клітин. Результати успішного клінічного випробування першої фази на людях було опубліковано восени 2019 року. Але, оскільки його необхідно вводити безпосередньо в серцевий м'яз, його можна використовувати тільки через тиждень або більше після серцевого нападу — це може призвести до пошкодження, тому що процедури ін'єкції 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 внутрішньовенно.

"Ми прагнули розробити терапію біоматеріалом, який можна було б доставляти до важкодоступних органів і тканин, 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 докторську ступінь у групі Крістман у відділенні біоінженерії.

Однією з переваг нового біоматеріалу є те, що він рівномірно розподіляється по пошкоджених тканинах, оскільки його вливають або вводять внутрішньовенно. Навпаки, гідрогель, введений через катетер, залишається в певних місцях і не поширюється.

Як роблять біоматеріал

Дослідники в лабораторії Крістман почали з розробленого ними гідрогелю, який, як було доведено, сумісний із ін'єкціями крові в межах випробувань на безпеку. Але розмір частинок гідрогелю був занадто великим, щоб упливати на зменшені кровоносні судини. Спанг вирішив цю проблему, пропустивши рідкий попередник гідрогелю через центрифугу, що дозволило відсіяти більші частинки та залишити лише частинки нанорозміру. Отриманий матеріал піддавали діалізу та стерильній фільтрації перед сублімаційним сушінням. Додавання стерильної води до кінцевого порошку призводить до отримання біоматеріалу, який можна вводити внутрішньовенно або в коронарну артерію серця.

Як це працює

Потім дослідники протестували біоматеріал на моделі серцевих нападів гризунів. Вони очікували, що матеріал пройде через кровоносні судини та потрапить у тканини, тому що після серцевого нападу між ендотеліальними клітинами в кровоносних судинах утворюються проміжки.

Але сталося дещо інше. Біоматеріал зв'язується з цими клітинами, закриваючи щілини та прискорюючи загоєння судин, у результаті зменшуючи запалення. Дослідники протестували біоматеріал на моделі серцевого нападу у свині й 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 Крістман проведе кілька доклінічних досліджень цих станів.

Наступні кроки

"Хоча більша частина роботи в цьому дослідженні пов'язана із серцем, можливості лікування інших важкодоступних органів і тканин можуть відкрити нові галузі біоматеріалів або тканинної інженерії для лікування нових захворювань", — сказав Спанг.

Водночас Крістман разом зі стартапом, співзасновницею якого вона є, планують вимагати дозволу на проведення дослідження біоматеріалу на людях для лікування серцевих захворювань. Це означає, що клінічні випробування на людях розпочнуться за один-два роки.

"Однією з основних причин, через яку ми лікуємо тяжку ішемічну хворобу серця й інфаркт міокарда, є запобігання дисфункції лівого шлуночка та прогресуванню застійної серцевої недостатності, — сказав лікар Рівз. — Ця проста в застосуванні терапія може відіграти важливу роль у нашому підході до лікування" .

Раніше Фокус писав про те, як розпізнати серцевий напад і відрізнити його від інших видів грудного болю. Лікарі кажуть, що серцевий напад зазвичай супроводжується неприємними відчуттями в центрі чи лівій стороні грудної клітки. Але такі симптоми можуть бути ознакою багатьох інших захворювань.