Immagine: MeTro viene applicato direttamente alla ferita e attivato con la luce. Credit: Università di Sydney.
Sviluppato un sigillante chirurgico che attacca e sigilla senza punti per le suture.
Per riparare organi e tessuti danneggiati, i chirurghi usano comunemente metallo, suture e fili per ricucire e trattenere i bordi della ferita in modo che possa guarire. Tuttavia, queste procedure possono essere difficili da eseguire in zone poco accessibili del corpo e c’è anche il rischio che i tessuti siano ulteriormente danneggiati e infettati. Una sfida particolare è costituita da ferite nei tessuti fragili o elastici che continuamente si espandono o si contraggono e si rilassano, come il polmone, il cuore e le arterie pulsanti.
Per risolvere alcuni di questi problemi, gli ingegneri biomedici hanno sviluppato una gamma di sigillanti chirurgici che possono legare i tessuti per fermare le perdite. Tuttavia, i sigillanti attualmente disponibili non sono adatti alla maggior parte delle applicazioni chirurgiche e non funzionano da soli, senza suturare la ferita perché non hanno una combinazione ottimale di elasticità, adesione e resistenza dei tessuti.
” Grazie alla nostra esperienza nella creazione di materiali per la medicina rigenerativa, abbiamo cercato di creare una soluzione efficace per questo problema in uno sforzo multidisciplinare con i medici e i bioingegneri “, ha dichiarato Ali Khademhosseini, Associate Faculty member all’ Harvard’s Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering.
Pubblicato di recente in Science Translational Medicine, uno studio condotto da un team guidato da Khademhosseini presso l’Istituto Wyss e da Nasim Annabi, presso l’Università Northeastern, presenta una solida soluzione per la riparazione efficace delle ferite nelle aree corporee meccanicamente impegnative. La squadra ha anche coinvolto ricercatori del Beth Israel Deaconess Medical Center (BIDMC) di Boston e dell’Università di Sydney in Australia. I ricercatori hanno dimostrato che un sigillante a base di elastina – una proteina umana che trasmette resistenza – presente in tutti i tessuti elastici come le pareti delle arterie, pelle e polmoni – può essere sintetizzata fotochimicamente ed ha sigillato efficacemente incisioni in arterie e polmoni dei ratti e riparato le ferite nei polmoni dei suini, tutte suture senza punti.
Khademhosseini è anche Professore presso il Department of Chemical Engineering alla Northeastern University e Lecturer lla Harvard-MIT’s Division of Health Science and Technology.
Nel 2013, ispirato alle abilità naturali e alla sintesi delle fibre di elastina, Khademhosseini e Annabi, che all’epoca era un collega postdottorato all’Istituto Wyss e Anthony Weiss, Professore di biochimica e biotecnologia molecolare presso l’Università Charles Perkins di Sydney, hanno iniziato a esplorare le capacità rigenerative del tropoelastina, la proteina precursore da cui deriva l’elastina funzionale. Fondamentalmente, imitando i meccanismi del corpo, i ricercatori hanno imparato a produrre grandi quantità di tropoelastina umana ricombinante in E. colini e, utilizzando un cosiddetto reagente fotocrosslinking metacrilato e un impulso di luce UV, hanno incrociato diverse proteine tropoelastiniche in una soluzione per creare un idrogel altamente elastico versatile che hanno denominato MeTro.
Questo lavoro ha dimostrato che MeTro potrebbe essere utilizzato per generare una matrice micro-pattern a cui le cellule cardiache possono aderire e essere coltivate come costituenti tissutali per la potenziale riparazione di danni cardiaci.
Per il loro studio più recente, i ricercatori hanno ulteriormente collaborato con George Cheng, uno pulmonologo e Sidhu Gangadharan, capo della chirurgia toracica e della pneumologia interventistica BIDM.
“Discutendo i nostri precedenti risultati su MeTro con Sidhu e George, siamo diventati consapevoli che le lesioni polmonari in particolare, rappresentano un problema chirurgico per il quale non esiste ancora una soluzione convincente e abbiamo iniziato a indagare per trovare materiali sigillanti chirurgici per i polmoni e altri tessuti elastici”, dice Annabi.
Variando le concentrazioni del reagente di reticolazione e della tropoelastina, il team ha generato una gamma di idrogel chiamata MeTro con diverse elasticità, nonché forza di adesione coesiva e quindi identificato diverse composizioni che sono state sperimentate.
. L’idea di questo approccio era quella di trovare formulazioni MeTro che si avvicinassero alle elasticità e alle forze naturali dei tessuti e che si sarebbero legate bene alle superfici dei tessuti, anche in presenza di liquidi come il sangue, che è una sfida per molti altri sigillanti.
Questi nuovi gel MeTro hanno perfettamente chiuso incisioni in arterie e forature nei polmoni di ratti vivi. “La bellezza di una formulazione MeTro è che, appena entrerà in contatto con le superfici dei tessuti, si solidifica, ma possiamo ulteriormente stabilizzarla curandola sul posto con una breve luce che permette di posizionare il sigillante in maniera molto precisa affinchè si leghi e blocchi le strutture sulla superficie del tessuto “, ha dichiarato Annabi.
Per tradurre i loro risultati in modo più diretto sulle lesioni polmonari più simili all’uomo, la squadra ha prima verificato se MeTro poteva sigillare anche le incisioni nei polmoni dei suini. MeTro è risultato significativamente più efficace nel sigillare le perdite sotto pressioni più elevate rispetto a sigillanti e suture clinicamente disponibili. Importante, gli esperimenti di applicazione di MeTro sono avvenuti in vivo. Il sigillante ha bloccato in modo permanente l’area polmonare e le perdite di sangue, senza punti o suture applicate.
“Le potenziali applicazioni di questo gel sono potenti, dal trattamento di ferite interne gravi a siti di emergenza, come ad esempio incidenti automobilistici e zone di guerra, nonché al miglioramento di interventi chirurgici ospedalieri. Abbiamo mostrato che MeTro lavora su una gamma di diverse impostazioni e risolve problemi che altri sigillanti disponibili non possono risolvere. Siamo pronti a trasferire la nostra ricerca in test sulle persone. Spero che MeTro sarà presto utilizzato nella clinica per salvare vite umane “, dice Weiss.
“Nei nostri studi in vivo, MeTro sembra rimanere stabile per tutto il periodo necessario per la guarigione delle ferite e poi si degrada senza segni di tossicità”, ha dichiarato Khademhosseini.
“Lo studio è un ottimo esempio di come la biologia umana possa essere riedificata, sintonizzata in modi diversi per creare una soluzione sorprendentemente ampia che può essere applicata ai pazienti, in questo caso come sigillanti chirurgici in diversi tessuti e scale”, ha dichiarato Wyss.
Fonte: Sciencemag
