Новаторский биоматериал лечит ткани изнутри

Новый биоматериал, который можно вводить внутривенно, уменьшает воспаление в тканях и способствует восстановлению клеток и тканей. Биоматериал был протестирован и доказал свою эффективность в лечении повреждений тканей, вызванных сердечными приступами, на моделях грызунов и крупных животных. Исследователи также доказали на модели грызунов, что биоматериал может быть полезен для пациентов с травматическими повреждениями головного мозга и легочной артериальной гипертензией.



«Этот 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, добавил Кристман. Команда, объединившая биоинженеров и врачей, представила свои результаты в выпуске журнала Nature Biomedical Engineering от 29 декабря.
По оценкам, в США ежегодно происходит 785 000 новых случаев сердечного приступа, и не существует установленного лечения для восстановления поврежденной сердечной ткани. После сердечного приступа развивается рубцовая ткань, которая снижает мышечную функцию и может привести к застойной сердечной недостаточности.
«Ишемическая болезнь сердца, острый инфаркт миокарда и застойная сердечная недостаточность остаются самыми тяжелыми проблемами здравоохранения, с которыми сталкивается наше общество сегодня», – говорит доктор Райан Ривз, врач отделения сердечно-сосудистой медицины Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Как интервенционный кардиолог, который ежедневно лечит пациентов с ишемической болезнью сердца и застойной сердечной недостаточностью, я бы очень хотел получить еще одну терапию для улучшения результатов лечения пациентов и уменьшения изнурительных симптомов».
В ходе предыдущих исследований команда под руководством Кристмана разработала гидрогель, изготовленный из естественного каркаса сердечной мышечной ткани, также известного как внеклеточный матрикс (ECM), который можно вводить в поврежденную ткань сердечной мышцы с помощью катетера. Гель образует каркас в поврежденных участках сердца, стимулируя рост новых клеток и восстановление. Результаты успешной фазы 1 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 – более ранний срок чреват риском повреждения из-за процедуры введения иглы.



Команда хотела разработать лечение, которое 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 вводить внутривенно.
«Мы стремились разработать биоматериал, который можно было бы доставлять в труднодоступные органы и ткани, и мы придумали метод, позволяющий использовать преимущества кровотока – сосудов, которые уже снабжают кровью эти органы и ткани», – сказал Мартин Спанг, первый автор статьи, получивший докторскую степень в группе Кристмана на кафедре биоинженерии Шу Чиен-Джин Лэй.
Одним из преимуществ нового биоматериала является то, что он равномерно распределяется по поврежденной ткани, поскольку вводится внутривенно. В отличие от этого, гидрогель, вводимый через катетер, остается в определенных местах и не распространяется.

Как изготавливается биоматериал

Исследователи из лаборатории Кристмана начали с разработанного ими гидрогеля, который, как показали испытания на безопасность, был совместим с инъекциями крови. Но размер частиц в гидрогеле был слишком велик для воздействия на негерметичные кровеносные сосуды. Спанг, который в то время был аспирантом в лаборатории Кристмана, решил эту проблему, пропустив жидкий предшественник гидрогеля через центрифугу, что позволило отсеять более крупные частицы и оставить только наноразмерные. Полученный материал был подвергнут диализу и стерильной фильтрации перед сублимационной сушкой. Добавление стерильной воды к готовому порошку позволило получить биоматериал, который можно вводить внутривенно или вводить в коронарную артерию сердца.

Как это работает

Затем исследователи протестировали биоматериал на модели сердечного приступа у грызунов. Они ожидали, что материал пройдет через кровеносные сосуды и попадет в ткани, поскольку после инфаркта 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 и на свиной модели сердечного приступа, получив 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 Кристмана 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 биоматериалов/тканевой инженерии для лечения новых заболеваний», – сказал 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 на людях 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», – сказал доктор Ривз. «Эта простая в применении терапия может сыграть важную роль в нашем подходе к лечению».

University of California – San Diego