Ученые нашли путь к больному сердцу с помощью прекурсора гидрогеля, центрифуги и воды

Новый биоматериал, который можно вводить внутривенно, уменьшает воспаление в тканях и способствует восстановлению клеток и тканей.

Биоматериал был протестирован на моделях грызунов и крупных животных и доказал свою эффективность в лечении повреждений тканей, вызванных сердечными приступами. Исследователи также доказали на модели грызунов, что биоматериал может быть полезен для пациентов с травматическими повреждениями головного мозга и легочной артериальной гипертензией.

Уникальный биоматериал позволяет лечить поврежденные ткани изнутри, — говорит Карен Кристман, профессор биоинженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего и ведущий исследователь группы, разработавшей материал.

Это новый подход к регенеративной инженерии.

Исследование безопасности и эффективности биоматериала на людях может начаться в течение одного-двух лет, добавила Кристман. Команда представила свои результаты в выпуске журнала Nature Biomedical Engineering.

По некоторым оценкам, каждый год в США происходит 785 000 новых случаев сердечных приступов, и не существует какого-либо установленного лечения для восстановления поврежденной сердечной ткани. После сердечного приступа формируется рубцовая ткань, которая снижает функцию мышц и может привести к развитию застойной сердечной недостаточности.

Ишемическая болезнь сердца, острый инфаркт миокарда и застойная сердечная недостаточность остаются самыми тяжелыми проблемами здравоохранения, с которыми сталкивается наше общество сегодня, — сообщил доктор Райан Ривз, врач отделения сердечно-сосудистой медицины Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Как специалист по интервенционной кардиологии, который ежедневно лечит пациентов с ишемической болезнью сердца и застойной сердечной недостаточностью, я бы очень хотел получить еще один метод терапии для улучшения результатов лечения пациентов и смягчения изнуряющих симптомов.

В ходе предыдущих исследований команда под руководством Кристман разработала гидрогель, изготовленный из естественного каркаса сердечной мышечной ткани, также известного как внеклеточный матрикс, который можно вводить в поврежденную ткань сердечной мышцы с помощью катетера. Гель образует каркас в поврежденных участках сердца, стимулируя рост новых клеток и восстановление ткани.

Результаты успешной первой фазы клинических испытаний на людях были представлены осенью 2019 года. Но поскольку гель необходимо вводить непосредственно в сердечную мышцу, его можно использовать только через неделю или более после сердечного приступа — в более ранние сроки есть риск нанести дополнительный вред из-за укола.

Команда хотела разработать метод лечения, который можно было бы применять сразу после сердечного приступа. Это означало разработку биоматериала, который можно было бы вводить в кровеносный сосуд в сердце одновременно с другими методами лечения, такими как ангиопластика или стент, или же и вовсе вводить внутривенно.

Мы стремились разработать биоматериал, который можно было бы доставлять в труднодоступные органы и ткани, и придумали метод, позволяющий использовать кровеносную систему — сосуды, которые уже снабжают кровью эти органы и ткани, — говорит Мартин Спанг, первый автор статьи, получивший степень доктора философии в группе Кристмана на кафедре биоинженерии Шу Чиен-Джин Лэй.

Одно из преимуществ нового биоматериала заключается в том, что он равномерно распределяется по поврежденной ткани, поскольку вводится внутривенно. В отличие от него гидрогель, который вводится через катетер, остается в определенных участках ткани и не распространяется.

Как изготавливается биоматериал

Исследователи из лаборатории Кристман начали с гидрогеля, совместимость которого с инъекциями крови была доказана в ходе испытаний на безопасность. Но размер частиц в гидрогеле был слишком велик для воздействия на негерметичные кровеносные сосуды.

Спанг, который в то время был аспирантом в лаборатории Кристман, решил эту проблему, пропустив жидкий прекурсор гидрогеля через центрифугу, что позволило отсеять более крупные частицы и оставить только наноразмерные.

Полученный материал прошел через диализ и стерильную фильтрацию перед сублимационной сушкой. Добавление стерильной воды к готовому порошку позволило получить биоматериал, который можно вводить внутривенно или напрямую в коронарную артерию сердца.

Как все работает

Исследователи протестировали биоматериал на модели сердечного приступа у грызунов. Они ожидали, что материал пройдет через кровеносные сосуды и попадет в ткани, поскольку после сердечного приступа между эндотелиальными клетками кровеносных сосудов образуются щели.

Но произошло нечто иное. Биоматериал связался с этими клетками, закрыв зазоры и ускорив заживление кровеносных сосудов, в результате чего уменьшилось воспаление. Исследователи испытали биоматериал на свиной модели сердечного приступа и получили аналогичные результаты.

Команда также успешно проверила гипотезу о том, что этот же биоматериал может помочь в борьбе с другими видами воспаления в крысиных моделях травматического повреждения мозга и легочной артериальной гипертензии. Лаборатория Кристман проведет несколько доклинических исследований этих заболеваний.

Следующие шаги

Хотя большинство работ в этом исследовании касалось сердца, возможности лечения других труднодоступных органов и тканей могут открыть область биоматериальной и тканевой инженерии для лечения новых заболеваний, — заявил Спанг.

Тем временем Кристман вместе с компанией Ventrix Bio, Inc., соучредителем которой она является, планирует запросить разрешение FDA на проведение исследования на людях по применению нового биоматериала для лечения заболеваний сердца. Это означает, что клинические испытания начнутся через один-два года.

Одна из основных причин, по которой мы лечим тяжелую ишемическую болезнь сердца и инфаркт миокарда, — это предотвращение дисфункции левого желудочка и прогрессирования застойной сердечной недостаточности, — заключил доктор Ривз.

Наша новая простая в применении терапия может сыграть важную роль.

30.01.2023