Un nuovo biomateriale, che può essere iniettato per via endovenosa, riduce l’infiammazione nei tessuti e promuove la riparazione di cellule e tessuti. Il biomateriale è stato testato e si è dimostrato efficace nel trattamento dei danni ai tessuti causati da attacchi di cuore in modelli di roditori e animali di grandi dimensioni. I ricercatori hanno anche fornito la proof of concept in un modello di roditore che il biomateriale potrebbe essere utile per i pazienti con lesioni cerebrali traumatiche e ipertensione arteriosa polmonare.
“Questo biomateriale consente di trattare i tessuti danneggiati dall’interno verso l’esterno”, ha affermato Karen Christman, Professore di bioingegneria presso l’Università della California di San Diego e capo ricercatore del team che ha sviluppato il materiale. “Questo biomateriale è un nuovo approccio all’ingegneria rigenerativa. Uno studio sulla sicurezza e l’efficacia del biomateriale nei soggetti umani potrebbe iniziare entro uno o due anni”, ha aggiunto Christman. Il team, che riunisce bioingegneri e medici, ha presentato le proprie scoperte nel numero del 29 dicembre di Nature Biomedical Engineering.
Ci sono circa 785.000 nuovi casi di infarto negli Stati Uniti ogni anno e non esiste un trattamento stabilito per riparare il conseguente danno al tessuto cardiaco. Dopo un infarto si sviluppa tessuto cicatriziale che riduce la funzione muscolare e può portare a insufficienza cardiaca congestizia.
“La malattia coronarica, l’infarto miocardico acuto e l’insufficienza cardiaca congestizia continuano a essere i problemi di salute pubblica più gravosi che colpiscono la nostra società oggi”, ha affermato il Dottor Ryan R. Reeves, un medico della divisione di medicina cardiovascolare dell’UC San Diego. “In qualità di cardiologo interventista che tratta quotidianamente pazienti con malattia coronarica e insufficienza cardiaca congestizia, mi piacerebbe avere un’altra terapia per migliorare i risultati dei pazienti e ridurre i sintomi debilitanti”.
In studi precedenti, il team guidato da Christman ha sviluppato un idrogel ricavato dall’impalcatura naturale del tessuto muscolare cardiaco, noto anche come matrice extracellulare (ECM), che può essere iniettato nel tessuto muscolare cardiaco danneggiato tramite un catetere. Il gel forma un’impalcatura nelle aree danneggiate del cuore, favorendo la crescita e la riparazione di nuove cellule. Nell’autunno del 2019 sono stati riportati i risultati di una sperimentazione clinica umana di fase 1 di successo. Ma poiché il gel deve essere iniettato direttamente nel muscolo cardiaco, può essere utilizzato solo una settimana o più dopo un infarto: prima rischierebbe di causare danni a causa della procedura basata su un’iniezione.
Il team voleva sviluppare un trattamento che potesse essere somministrato immediatamente dopo un infarto. Ciò significava sviluppare un biomateriale che potesse essere infuso in un vaso sanguigno nel cuore contemporaneamente ad altri trattamenti come l’angioplastica o uno stent, oppure iniettato per via endovenosa.
“Abbiamo cercato di progettare un biomateriale che potesse essere erogato a organi e tessuti di difficile accesso e abbiamo escogitato il metodo per sfruttare il flusso sanguigno, i vasi che già forniscono sangue a questi organi e tessuti”, ha affermato. Martin Spang, il primo autore dell’articolo che ha conseguito il dottorato di ricerca nel gruppo di Christman nel dipartimento di bioingegneria di Shu Chien-Gene Lay.
Immagine:Il biomateriale si basa su un idrogel sviluppato presso l’UC San Diego. Credito: David Baillot/Università della California San Diego
Un vantaggio del nuovo biomateriale è che viene distribuito uniformemente in tutto il tessuto danneggiato, perché viene infuso o iniettato per via endovenosa. Al contrario, l’idrogel iniettato tramite un catetere rimane in posizioni specifiche e non si diffonde.
Come è fatto il biomateriale?
L’idrogel sviluppato dai ricercatori del laboratorio di Christman si è dimostrato compatibile con le iniezioni di sangue come parte delle prove di sicurezza. Ma la dimensione delle particelle nell’idrogel era troppo grande per colpire i vasi sanguigni che perdevano. Spang, poi un dottorando nel laboratorio di Christman, ha risolto questo problema mettendo il precursore liquido dell’idrogel in una centrifuga che ha permesso di setacciare particelle più grandi e mantenere solo particelle di dimensioni nanometriche.
Il materiale risultante è stato sottoposto a dialisi e filtrazione sterile prima di essere liofilizzato. Aggiungendo acqua sterile alla polvere finale si ottiene un biomateriale che può essere iniettato per via endovenosa o infuso in un’arteria coronarica nel cuore.
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Come funziona
I ricercatori hanno quindi testato il biomateriale su un modello di roditore di attacchi di cuore. Si aspettavano che il materiale passasse attraverso i vasi sanguigni e nel tessuto perché dopo un infarto si sviluppano degli spazi tra le cellule endoteliali nei vasi sanguigni.
Ma è successo qualcos’altro. Il biomateriale si lega a quelle cellule, colmando le lacune e accelerando la guarigione dei vasi sanguigni, riducendo di conseguenza l’infiammazione. I ricercatori hanno testato il biomateriale anche in un modello di infarto suino, con risultati simili.
Il team ha anche testato con successo l’ipotesi che lo stesso biomateriale potrebbe aiutare a colpire altri tipi di infiammazione nei modelli di ratto di lesioni cerebrali traumatiche e ipertensione arteriosa polmonare. Il laboratorio di Christman intraprenderà diversi studi preclinici per queste condizioni.
Prossimi passi
“Mentre la maggior parte del lavoro in questo studio ha coinvolto il cuore, le possibilità di trattare altri organi e tessuti di difficile accesso può aprire il campo dell’ingegneria dei biomateriali nel trattamento di nuove malattie”, ha detto Spang.
Nel frattempo, Christman e Ventrix Bio, Inc., una startup da lei co-fondata, stanno progettando di chiedere l’autorizzazione alla FDA per condurre uno studio sugli esseri umani sulle applicazioni del nuovo biomateriale per le malattie cardiache. Ciò significa che le sperimentazioni cliniche sull’uomo inizieranno tra uno o due anni.
“Uno dei motivi principali per cui trattiamo la grave malattia coronarica e l’infarto del miocardio è prevenire la disfunzione ventricolare sinistra e la progressione verso l’insufficienza cardiaca congestizia”, ha affermato il Dott. Reeves. “Questa terapia di facile somministrazione ha il potenziale per svolgere un ruolo significativo nel nostro approccio terapeutico”.
Fonte:Nature
