Egy új, intravénásan beadható bioanyag csökkenti a gyulladást a szövetekben, és elősegíti a sejtek és szövetek helyreállítását.

Az anyag intravénásan beadható, és potenciálisan alkalmazható többek között szívinfarktus, traumás agysérülés esetén is. A bioanyagot rágcsáló- és nagyállatmodellekben egyaránt tesztelték és hatékonynak bizonyult a szívroham okozta szövetkárosodás kezelésében. A kutatók rágcsálókon azt is bizonyították, hogy az anyag jótékonyan hat traumás agysérülésben és tüdőartériás magas vérnyomásban szenvedő betegekre.

„Ez a bioanyag lehetővé teszi a sérült szövetek belülről kifelé történő kezelését” – mondta Karen Christman, a San Diegói Kaliforniai Egyetem biomérnöki professzora, az anyagot kifejlesztő csoport vezető kutatója. „Ez a regeneratív mérnöki munka új megközelítése.”

Christman hozzátette, hogy egy-két éven belül megkezdődhet a bioanyag biztonságosságának és hatékonyságának vizsgálata emberi alanyokon. A biomérnököket és orvosokat tömörítő csapat a Nature Biomedical Engineering december 29-i számában ismertette eredményeit.

Az Egyesült Államokban évente mintegy 785 000 új szívinfarktusos esetet becsülnek, és nincs bevett kezelés a szívszövetben keletkező károsodások helyreállítására. A szívroham után hegszövet alakul ki, amely csökkenti az izomfunkciót, és pangásos szívelégtelenséghez vezethet.

„A koszorúér-betegség, az akut szívinfarktus és a pangásos szívelégtelenség továbbra is a társadalmunkat érintő legsúlyosabb közegészségügyi problémák közé tartozik” – mondta Dr. Ryan R. Reeves, a San Diegó-i Kaliforniai Egyetem szív- és érrendszeri orvostudományi részlegének orvosa. „Kardiológusként naponta kezelek koszorúér-betegségben és pangásos szívelégtelenségben szenvedő betegeket, nagyon szeretném, ha egy újabb terápia javítaná a betegek eredményeit és csökkentené a legyengítő tüneteket.”

A Christman által vezetett csoport korábbi tanulmányaiban a szívizomszövet természetes vázából, az úgynevezett extracelluláris mátrixból (ECM) készült hidrogélt fejlesztett ki, amelyet katéteren keresztül lehet beadni a sérült szívizomszövetbe. A gél állványzatot képez a szív sérült területein, ami ösztönzi az új sejtek növekedését és a javulást. A sikeres, 1. fázisú humán klinikai vizsgálat eredményeit 2019 őszén jelentették be. Mivel azonban közvetlenül a szívizomba kell befecskendezni, csak egy héttel vagy annál is tovább lehet használni a szívroham után (ennél hamarabb a tűs injekciós eljárás miatt fennállna a károsodás kockázata.)

A kutatócsoport olyan kezelést akart kifejleszteni, amelyet azonnal be lehet adni a szívroham után. Ehhez olyan bioanyagot kellett kifejleszteni, amelyet más kezelésekkel, például angioplasztikával egyidejűleg, vagy intravénásan befecskendezve lehet a szívben lévő erekbe juttatni.

„Olyan biomateriális terápiát akartunk tervezni, amelyet a nehezen hozzáférhető szervekbe és szövetekbe is be lehet juttatni, és olyan módszert találtunk ki, amely kihasználja a véráramot. Azokat az ereket, amelyek már most is vérrel látják el ezeket a szerveket és szöveteket”, mondta Martin Spang, a tanulmány első szerzője, aki Christman csoportjában, a Shu Chien-Gene Lay Biomérnöki Tanszéken szerzett doktori fokozatot.

Az új bioanyag egyik előnye, hogy egyenletesen eloszlik a sérült szövetekben, mivel infúzióban vagy intravénásan adják be. Ezzel szemben a katéteren keresztül befecskendezett hidrogél meghatározott helyeken marad, és nem terjed szét.

Hogyan készül a bioanyag?

Christman laboratóriumának kutatói az általuk kifejlesztett hidrogélből indultak ki, amely a biztonsági kísérletek keretében bebizonyosodott, hogy kompatibilis a vérinjekcióval. A hidrogélben lévő részecskeméret azonban túl nagy volt ahhoz, hogy a szivárgó ereket célba vegye.

Spang, aki akkoriban PhD-hallgató volt Christman laboratóriumában, ezt a problémát úgy oldotta meg, hogy a hidrogél folyékony prekurzorát centrifugába helyezte, ami lehetővé tette a nagyobb részecskék kiszűrését, és csak a nanoméretű részecskék megtartását. Az így kapott anyagot dialízisnek és steril szűrésnek vetették alá, mielőtt fagyasztva szárították volna. A steril víz hozzáadása a végső porhoz olyan bioanyagot eredményezett, amely intravénásan beadható vagy a szív koszorúér artériájába jutattható.

Hogyan működik?

A kutatók ezután a bioanyagot a szívroham rágcsálómodelljén tesztelték. Arra számítottak, hogy az anyag átjut az ereken keresztül a szövetekbe, mivel a szívrohamot követően az erekben az endotélsejtek között rések keletkeznek.

De valami más történt. A bioanyag kötődött ezekhez a sejtekhez, bezárta a réseket és felgyorsította az erek gyógyulását, ennek következtében csökkentve a gyulladást. A kutatók a szívroham sertésmodelljében is tesztelték a bioanyagot, hasonló eredménnyel.

A kutatócsoport sikeresen tesztelte azt a hipotézist is, hogy ugyanez a bioanyag segíthet más típusú gyulladások ellen is a traumás agysérülés és a pulmonális artériás hipertónia patkánymodelljeiben. Christman laboratóriuma több preklinikai vizsgálatot is végez ezekkel a betegségekkel kapcsolatban.

Következő lépések

„Bár a tanulmányban végzett munka nagy része a szívvel foglalkozott, más, nehezen hozzáférhető szervek és szövetek kezelésének lehetőségei új betegségek kezelése felé nyithatják meg a bioanyagok/szövettechnológia területét”, mondta Spang.

Eközben Christman az általa társalapított Ventrix Bio, Inc. startup céggel együtt azt tervezi, hogy engedélyt kér az FDA-tól egy embereken végzett vizsgálat elvégzésére az új biomaterial szívbetegségekben való alkalmazásáról. Ez azt jelenti, hogy az emberi klinikai vizsgálatok egy-két éven belül kezdődhetnek.

„Az egyik fő ok, amiért a súlyos koszorúér-betegséget és a szívinfarktust kezeljük, az a bal kamrai diszfunkció és a pangásos szívelégtelenség kialakulásának megelőzése” – mondta Dr. Reeves. „Ez a könnyen beadható terápia jelentős szerepet játszhat a kezelési megközelítésünkben”.