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Wenn medizinische Geräte (z. B. Herzschrittmacher) oder Materialien in den Körper implantiert werden, lösen sie normalerweise eine Fremdkörperreaktion im Körper aus, die dazu führt, dass Proteine ​​an der Oberfläche des Geräts adsorbieren und Immunzellen wie Makrophagen und Neutrophile ansammeln auf der Oberfläche des Materials.

Durch die Ansammlung fibrotischer Zellen zur Kollagenablagerung kann leicht eine Fibrose entstehen, die dazu führt, dass das Gerät übermäßig von fibrotischem Gewebe umgeben wird und eine physische Barriere bildet, wodurch das Material seine Fähigkeit verliert, Informationen mit dem Gewebe auszutauschen oder Signalfaktoren freizusetzen.

Methoden, die auf einer chemischen Modifizierung der Geräteoberfläche oder der Beladung mit entzündungshemmenden Medikamenten basieren, können die Bildung von Fibrose zwar bis zu einem gewissen Grad reduzieren, dieses Phänomen jedoch langfristig nicht vollständig unterdrücken.

Kürzlich entdeckten Professor Zhao sorgt für eine Abnutzung des Geräts. Der „Unsichtbarkeitsmantel“ blockiert Angriffe des Immunsystems und verlängert die Lebensdauer solcher Geräte.

Abbildung丨Klebebeschichtung verhindert die Bildung einer Faserkapsel an der Grenzfläche zwischen Implantat und Gewebe (Quelle: Nature)

Diese Forschung verwendet Hydrogel-Kleber, um die Bildung von Fibrose zu hemmen, und soll Lösungen für die klinische Anwendung von mehr medizinischen Geräten liefern, die für den Langzeiteinsatz in den Körper implantiert werden. Zum Beispiel der Schutz medizinischer Geräte wie die langfristige Medikamentenabgabe, Zellabgabe und Sensorabgabe im Körper, um langfristige Behandlungs- oder Diagnosefunktionen bereitzustellen.

Professor David Mooney, Akademiker der Third Academy of the United States und der Harvard University, kommentierte die Studie: „Eine starke Haftung zwischen medizinischen Geräten und Gewebe kann die Bildung von fibrotischem Gewebe verhindern. Dies ist eine wichtige Entdeckung. Es gibt viele potenzielle Anwendungen in.“ medizinische Geräte.“

Kürzlich wurde in Nature [1] ein entsprechender Artikel mit dem Titel „Adhäsive antifibrotische Schnittstellen an diversen Organen“ veröffentlicht.

Dr. Jingjing Wu vom MIT ist der Erstautor, und Professor Zhao Xuanhe und Dr. Hyunwoo Yuk fungieren als Co-Korrespondenzautoren.

Abbildung丨Verwandte Artikel (Quelle: Nature)

In früheren Studien zum Einsatz von Klebematerialien zur Reparatur von Weichteil- und Organdefekten in speziellen Umgebungen fanden Forscher heraus, dass Klebematerialien defektes Gewebe schnell reparieren und die Wundheilung fördern können [2-3].

In dieser Studie wurden nicht-fibrotische Klebstoffe eingeführt, um die Adsorption unspezifischer Proteine ​​(Albumin, Fibrinogen usw.) im Körper zu verringern und dadurch die Infiltration einer großen Anzahl von Entzündungszellen zu verringern.

Nach der Untersuchung von Immunproteinen und Genomik stellten die Forscher fest, dass nur eine kleine Anzahl entzündungsregulierender Faktoren innerhalb von 3 Tagen erhöht war, alle Entzündungsfaktoren jedoch nach 7 Tagen deutlich reduziert waren.

Wu Jingjing erklärte: „Dies ist hauptsächlich auf die Ansammlung einer kleinen Anzahl von Neutrophilen in der Nähe des nicht-fibrotischen Klebstoffs zurückzuführen. Die Expression des Gens Nr. 2 nahm innerhalb von 1–3 Tagen signifikant zu, wodurch die durch Neutrophile vermittelte Entzündungsreaktion aktiviert und die Entzündung verstärkt wurde.“ Faktoren G-CSF und IL-12p70 werden in großen Mengen ausgeschieden.“

Bild丨Wu Jingjing (Quelle: Wu Jingjing)

Aufgrund der körpereigenen Regulation können Entzündungsfaktoren innerhalb von 7 Tagen schnell abklingen und so den nachfolgenden Fibroseprozess unterbrechen. Als Beschichtung erzeugen nicht-fibrotische Klebstoffe keine Fibrose mehr, wenn medizinische Geräte in den Körper implantiert werden, wodurch eine langfristige Existenz und Wirkungsweise im Körper gewährleistet wird.

In der Anfangsphase der Forschung implantierte das Forscherteam während des Experiments Klebstoffe in Gewebe und Organe. Obwohl beobachtet wurde, dass die Klebstoffe die Bildung von Fibrose hemmen konnten, gab es zu diesem Zeitpunkt noch kein tiefgreifendes Verständnis des dahinter stehenden Immunmechanismus dieses ungewöhnliche Phänomen.

Abbildung丨Quantitative Polymerasekettenreaktion und Luminex-Analyse der adhäsiven Implantatschnittstelle (Quelle: Nature)

Um den immunologischen Mechanismus hinter diesem Phänomen zu erforschen, analysierten das Team und seine Mitarbeiter den immunologischen Mechanismus hinter diesem Phänomen mithilfe einer Reihe biologischer Charakterisierungsmethoden, darunter Immunfluoreszenz, quantitative Polymerasekettenreaktion, Transkriptom-Sequenzierungstechnologie und andere Technologien.

Die Forscher verglichen auch mehrere Kontrollgruppen und entdeckten ein Phänomen: Wenn Gruppenmaterial und Gewebe eng aneinander haften, wird das Gedächtnis der Entzündungszellen reduziert. Verfügt das gleiche Material nicht über adhäsive Eigenschaften, können dennoch Entzündungszellen zwischen Material und Gewebe eindringen und eine Entzündungsreaktion und die Bildung von Fibrose auslösen.

Wu Jingjing sagte: „Wir fanden heraus, dass Immunzellen wie Neutrophile zunächst begannen, in den implantierten Bereich einzudringen, aber der Immunangriff wurde schnell unterdrückt und der Prozess der Bildung von Fibrosegewebe blockiert. Innerhalb von drei Monaten kam es zu keiner Fibroseimplantation. chemische Erzeugung und.“ weiterhin die langfristige Übertragung elektrischer Signale aufrechterhalten.“

Nicht-fibrotische Klebstoffe sind Polymere, die aus Makromolekülen wie Chitosan oder Polyvinylalkohol bestehen. Sie haben die Vorteile einer breiten Quelle, eines niedrigen Preises und einer hohen Weichheit und sind gut auf die mechanischen Eigenschaften menschlicher Gewebe abgestimmt.

Diese Forschung löst das seit langem bestehende Problem der Fibrose, das durch Fremdkörperreaktionen verursacht wird, die durch in den Körper implantierte Materialien verursacht werden und die die Menschheit seit langem beunruhigt, sodass medizinische Geräte oder Materialien lange Zeit im Körper wirken können.

Derzeit hat das Team Experimente durchgeführt, um seine Leistung bei der Hemmung der Fibrose in Tiermodellen von Mäusen, Ratten, menschlichen Mäusen und Schweinen zu überprüfen. B. Bauchdecke, Magen, Dickdarm, Herz und Lunge usw., sodass nichtfaserige Klebstoffe breite Anwendungsaussichten bieten.

Angesichts dieser Entdeckung entwickelte das Forschungsteam anschließend einen temporären Herzschrittmacher [4]. Wu Jingjing hat nachgewiesen, dass der auf den Herzschrittmacher aufgetragene und bei Tieren (Ratten) implantierte Kleber weiterhin im Körper wirken kann.

Darüber hinaus kann es das Herz elektrisch stimulieren und eine stabile elektrophysiologische Signalüberwachung und -regulierung ermöglichen. Es wird erwartet, dass es zur Behandlung klinischer Probleme wie Arrhythmie/Myokardinfarkt eingesetzt wird.

Abbildung丨Kontinuierliche Herzüberwachung und -stimulation im Rattenmodell (Quelle: Science Translational Medicine)

Nature kommentierte die Studie [5]. Das wichtigste Highlight dieser Studie ist, dass die Klebebeschichtung die Bildung von Narbengewebe um weiche Polymerimplantate reduzieren kann – eine Wirkung, die die Autoren in einer Reihe von Tiermodellen nachgewiesen haben, denen Biomaterialien implantiert wurden in oder an verschiedenen Organen.

Die Bildung von umgebendem Narbengewebe ist ein häufiges Problem bei implantierten Biomaterialien, das deren Funktionalität beeinträchtigt, und was die Forscher gezeigt haben, ist ein willkommener Fortschritt bei der Lösung dieses wichtigen Problems.

Wu Jingjing sagte: „Wir hoffen, den Technologiewandel so schnell wie möglich umzusetzen und seinen klinischen Einsatz in Studien am Menschen voranzutreiben. Dies erfordert jedoch eine strenge technische und ethische Genehmigung, die voraussichtlich in den nächsten zwei bis drei Jahren abgeschlossen sein wird.“

Referenzen:

1.Wu, J., Deng, J., Theocharidis, G. et al. Adhäsive antifibrotische Schnittstellen an verschiedenen Organen. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07426-9

2.Wu, J. et al. Ein handelsübliches bioadhäsives Pflaster zur nahtlosen Reparatur von Magen-Darm-Defekten. Science Translational Medicine 14, abh2857(2022). https://doi.org/10.1126/scitranslmed.abh2857

3.Yuk, H., Wu, J., Sarrafian, TL et al. Schnelle und gerinnungsunabhängige hämostatische Versiegelung durch eine Paste, die vom Seepockenleim inspiriert ist. Nature Biomedical Medicine 5, 1131–1142 (2021). https://doi.org/10.1038/s41551-021-00769-y

4.Deng, Y., Wu, J. et al. Eine bioadhäsive Schrittmacherleitung für atraumatische Herzüberwachung und -stimulation bei Nagetier- und Schweinemodellen. Science Translational Medicine 16，eado9003(2024). https://doi.org/10.1126/scitranslmed.ado9003

5.https://www.nature.com/articles/d41586-024-02348-y

Bedienung/Satz: He Chenlong

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