Un idrogel protegge il cuore dalle aderenze post operatorie. L’idrogel, che forma una barriera per impedire al tessuto cardiaco di aderire al tessuto circostante dopo l’intervento chirurgico, è stato sviluppato e testato con successo sui roditori da un team di ricercatori dell’Università della California a San Diego. Il team di ingegneri, scienziati e medici ha anche condotto uno studio pilota sui cuori dei suini, con risultati promettenti.
I ricercatori hanno progettato un dispositivo per spruzzare in modo sicuro e preciso l’idrogel all’interno dell’area in cui viene eseguita la chirurgia a cuore aperto. Il dispositivo ospita i due componenti principali dell’idrogel in due diverse camere. Ogni componente è costituito da PEG con diversi gruppi reattivi che reticolano tra loro per formare l’idrogel. Una delle soluzioni include anche il PEG modificato con catecolo per garantire che rimanga sul cuore. I due si mescolano mentre escono dal dispositivo, formando un gel. Il processo è simile all’utilizzo di due bombolette di vernice spray, ad esempio blu e giallo, per creare un terzo colore, il verde. Credito Università della California San Diego.
I ricercatori descrivono il loro lavoro nel numero del 18 giugno 2021 di Nature Communications.
Nei ratti, l’idrogel ha impedito del tutto la formazione di aderenze post operatorie. In un piccolo studio pilota, i cuori dei suini trattati con l’idrogel hanno manifestato aderenze meno gravi che erano più facili da rimuovere. Inoltre, l’idrogel non sembrava causare infiammazione cronica.
Le aderenze, ovvero il tessuto dell’organo che si attacca al tessuto circostante, sono un problema relativamente comune quando i chirurghi devono operare di nuovo nello stesso sito, cosa che si verifica nel 20% dei casi ogni anno in cardiochirurgia. I reinterventi sono particolarmente comuni quando i pazienti sono bambini affetti da malformazioni cardiache: man mano che il cuore del bambino cresce, sono necessari ulteriori interventi.
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Le adesioni si formano entro i primi 30 giorni post-operatori e possono complicare le operazioni e aumentare il rischio di mortalità durante gli interventi. In alcuni casi, possono anche interferire con la corretta funzione cardiaca o impedire completamente un intervento chirurgico ripetuto. Uno degli autori senior del documento, la Prof.ssa di bioingegneria dell’Università di San Diego, Karen Christman, ha sperimentato questo problema personalmente, quando uno dei suoi zii non ha potuto riparare una valvola cardiaca a causa di gravi aderenze. “Il nostro lavoro è una soluzione ingegneristica guidata da un problema medico”, ha affermato Christman, che ha co-fondato un’azienda, Karios Technologies, per portare l’idrogel nella clinica. “E ora la strategia è pronta a migliorare significativamente la chirurgia cardiaca, sia per adulti che per bambini”. Il lavoro ha riunito non solo bioingegneri e medici, ma anche chimici e scienziati dei materiali. Nei centri medici accademici come l’UC San Diego, la maggior parte dei chirurghi esegue operazioni ripetute e riscontra aderenze abbastanza regolarmente. In questo studio, nei ratti, il 70% degli animali nel gruppo di controllo ha sviluppato gravi aderenze.
Attualmente non ci sono prodotti approvati dalla FDA commercializzati per prevenire le aderenze dopo un intervento chirurgico al cuore. “Questo prodotto avrà un impatto significativo sulla vita di molti pazienti che potenzialmente richiedono operazioni ripetute, sia al cuore che in qualsiasi altra parte del corpo”, ha affermato il Dr. Michael M. Madani, presidente della Divisione di Chirurgia Cardiovascolare e Toracica presso UC San Diego Health e uno dei coautori del documento.
Com’è fatto l’idrogel
L’idrogel sviluppato dai bioingegneri nel laboratorio di Christman è progettato specificamente per soddisfare le esigenze sia dei pazienti che dei chirurghi. È spruzzabile, quindi facile da applicare. Una volta spruzzato sul tessuto, si lega al muscolo cardiaco e si trasforma in un rivestimento morbido ed elastico che crea una barriera protettiva, pur consentendo il movimento. Il gel può essere facilmente rimosso dai tessuti e si dissolve dopo più di quattro-sei settimane. La sfida più grande è stata assicurarsi che l’idrogel si attaccasse abbastanza forte al cuore, ma non si gonfiasse, poiché il gonfiore può esercitare una pressione pericolosa sul cuore. Christman e il team hanno utilizzato la cosiddetta chimica di reticolazione che consiste nel collegare due molecole insieme con un legame covalente, per raggiungere questo obiettivo. Masaki Fujita, il primo autore dell’articolo e uno scienziato in visita presso il Dipartimento di Bioingegneria dell’UC San Diego, ha avuto l’idea di utilizzare un composto noto come catecolo, simile a quello che usano le cozze per aderire alle rocce, per garantire che l’idrogel rimanesse in posizione sul cuore.
Il catecolo contiene un amminoacido, L-dopa, che è una proteina che lega i muscoli. In questo caso è stato aggiunto alla base gel, un polimero idrosolubile, noto come PEG. Il risultato è un idrogel che si attacca all’organo su cui viene applicato, ma poi crea una barriera protettiva che dura almeno fino a quattro settimane prima di dissolversi. A quel punto, è meno probabile che si formino aderenze. A conoscenza dei ricercatori, è la prima volta che questo tipo di formulazione viene utilizzato per prevenire le aderenze dopo l’intervento chirurgico.
Dispositivo per spruzzare l’idrogel
I ricercatori hanno anche progettato un dispositivo per spruzzare in modo sicuro e preciso l’idrogel all’interno dell’area in cui viene eseguita la chirurgia a cuore aperto. Il dispositivo ospita i due componenti principali dell’idrogel in due diverse camere. Ogni componente è costituito da PEG con diversi gruppi reattivi che reticolano tra loro per formare l’idrogel. Una delle soluzioni include anche il PEG modificato con catecolo per garantire che rimanga sul cuore. I due si mescolano mentre escono dal dispositivo, formando un gel. Il processo è simile all’utilizzo di due bombolette di vernice spray, ad esempio blu e giallo, per creare un terzo colore, il verde.
Prossimi passi
Il prossimo passo è fare una prova su larga scala nei suini per perfezionare il dosaggio ed esaminare come l’idrogel si lega a suture e drenaggi. L’obiettivo finale è condurre uno studio pediatrico umano da18 mesi a due anni e portare il prodotto alla FDA per l’approvazione in cinque anni.
Karios Technologies sta concedendo in licenza la tecnologia alla UC San Diego. “Vogliamo feedback dai chirurghi”, ha affermato Gregory, CEO di Karios Technologies. “Abbiamo progettato questo materiale specificamente per l’uso sul cuore e per la facilità d’uso da parte del chirurgo”.
“La tecnologia potrebbe facilmente essere utilizzata in altri organi che richiedono anche più operazioni e sono suscettibili di aderenze”, hanno detto i ricercatori.
Fonte:Nature
