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Quando dispositivi medici (come pacemaker) o materiali vengono impiantati nel corpo, solitamente innescano una reazione da corpo estraneo nel corpo, provocando l’assorbimento di proteine ​​sulla superficie del dispositivo e reclutando cellule immunitarie, come macrofagi e neutrofili, per riunirsi sulla superficie del materiale.

L'accumulo di cellule fibrotiche per ottenere la deposizione di collagene può facilmente formare fibrosi, facendo sì che il dispositivo sia eccessivamente circondato da tessuto fibrotico per formare una barriera fisica, causando così la perdita della capacità del materiale di scambiare informazioni con il tessuto o di rilasciare fattori di segnalazione.

I metodi basati sulla modifica chimica della superficie del dispositivo o sul caricamento di farmaci antinfiammatori possono ridurre in una certa misura la formazione di fibrosi, ma non possono sopprimere completamente questo fenomeno a lungo termine.

Recentemente, il professor Zhao Xuanhe e il dottor Wu Jingjing del Massachusetts Institute of Technology negli Stati Uniti hanno scoperto per la prima volta un materiale adesivo non fibrotico in grado di unire i dispositivi implantari medici ai tessuti circostanti per prevenire la fibrosi dopo l’impianto del dispositivo, proprio come avviene fornisce una protezione contro l'usura del dispositivo. Il "mantello dell'invisibilità" blocca gli attacchi del sistema immunitario e prolunga la durata di tali apparecchiature.

Figura丨Il rivestimento adesivo previene la formazione di capsule fibrose nell'interfaccia impianto-tessuto (Fonte: Nature)

Questa ricerca utilizza l'adesivo idrogel per inibire la formazione di fibrosi e dovrebbe fornire soluzioni per l'applicazione clinica di più dispositivi medici impiantati nel corpo per un lavoro a lungo termine. Ad esempio, proteggendo le apparecchiature mediche come la somministrazione di farmaci a lungo termine, la somministrazione di cellule e la somministrazione di sensori nel corpo per fornire trattamenti a lungo termine o funzioni diagnostiche.

Il professor David Mooney, accademico della Terza Accademia degli Stati Uniti e dell'Università di Harvard, ha commentato lo studio: "Una forte adesione tra dispositivi medici e tessuti può evitare la formazione di tessuto fibrotico. Si tratta di una scoperta importante. Molteplici sono le potenziali applicazioni in dispositivi medici”.

Recentemente, un articolo correlato è stato pubblicato su Nature [1] dal titolo "Interfacce antifibrotiche adesive su diversi organi".

Il dottor Jingjing Wu del MIT è il primo autore, mentre il professor Zhao Xuanhe e il dottor Hyunwoo Yuk sono autori co-corrispondenti.

Figura丨Articoli correlati (Fonte: Nature)

In studi precedenti sull’uso di materiali adesivi per riparare difetti di tessuti molli e organi in ambienti speciali, i ricercatori hanno scoperto che i materiali adesivi possono riparare rapidamente i tessuti difettosi e favorire la guarigione delle ferite [2-3].

In questo studio sono stati introdotti adesivi non fibrotici per ridurre l'adsorbimento di proteine ​​non specifiche (albumina, fibrinogeno, ecc.) nel corpo, riducendo così l'infiltrazione di un gran numero di cellule infiammatorie.

Dopo aver studiato le proteine ​​immunitarie e la genomica, i ricercatori hanno scoperto che solo un piccolo numero di fattori regolatori dell’infiammazione erano aumentati entro 3 giorni, ma tutti i fattori infiammatori erano significativamente ridotti dopo 7 giorni.

Wu Jingjing ha spiegato: "Ciò è dovuto principalmente all'accumulo di un piccolo numero di neutrofili vicino all'adesivo non fibrotico. L'espressione del gene n. 2 è aumentata significativamente entro 1-3 giorni, attivando la risposta infiammatoria mediata dai neutrofili e aumentando la risposta infiammatoria fattori. G-CSF e IL-12p70 sono secreti in grandi quantità.

Immagine丨Wu Jingjing (Fonte: Wu Jingjing)

A causa della regolazione propria dell'organismo, i fattori infiammatori possono regredire rapidamente entro 7 giorni, interrompendo così il successivo processo di fibrosi. Come rivestimento, gli adesivi non fibrotici non producono più fibrosi quando i dispositivi medici vengono impiantati nel corpo, garantendo esistenza e funzionamento a lungo termine nel corpo.

Nella fase iniziale della ricerca, il gruppo di ricerca ha impiantato adesivi nei tessuti e negli organi durante l'esperimento. Sebbene fosse stato osservato che gli adesivi potevano inibire la formazione di fibrosi, a quel tempo non esisteva una comprensione approfondita del meccanismo immunitario che ne sta dietro. questo fenomeno anomalo.

Figura丨Reazione a catena della polimerasi quantitativa e analisi Luminex dell'interfaccia dell'impianto adesivo (Fonte: Nature)

Per esplorare il meccanismo immunologico alla base di questo fenomeno, il team e i suoi collaboratori hanno analizzato il meccanismo immunologico alla base di questo fenomeno attraverso una serie di metodi di caratterizzazione biologica, tra cui l’immunofluorescenza, la reazione a catena della polimerasi quantitativa, la tecnologia di sequenziamento del trascrittoma e altre tecnologie.

I ricercatori hanno anche confrontato più gruppi di controllo e hanno scoperto un fenomeno: se il materiale del gruppo e il tessuto aderiscono strettamente, la memoria delle cellule infiammatorie sarà ridotta. Se lo stesso materiale non ha proprietà adesive, le cellule infiammatorie possono comunque penetrare tra il materiale e il tessuto, provocando una reazione infiammatoria e la formazione di fibrosi.

Wu Jingjing ha dichiarato: "Abbiamo scoperto che le cellule immunitarie come i neutrofili hanno iniziato a infiltrarsi nell'area impiantata, ma l'attacco immunitario è stato rapidamente soppresso, bloccando il processo di formazione del tessuto fibrotico. Entro tre mesi, non è stata impiantata fibrosi. generazione chimica e mantengono comunque la trasmissione a lungo termine dei segnali elettrici.

Gli adesivi non fibrotici sono polimeri composti da macromolecole come chitosano o alcol polivinilico. Presentano i vantaggi di fonti ampie, prezzo basso ed elevata morbidezza e si adattano bene alle proprietà meccaniche dei tessuti umani.

Questa ricerca risolve l'annoso problema della fibrosi causata dalla reazione da corpo estraneo causata da materiali impiantati nel corpo, che affligge l'umanità da molto tempo, rendendo possibile ai dispositivi o ai materiali medici di funzionare nel corpo per lungo tempo.

Attualmente, il team ha condotto esperimenti per verificare le sue prestazioni nell’inibire la fibrosi in modelli animali di topi, ratti, topi umani e maiali. Come la parete addominale, lo stomaco, il colon, il cuore e i polmoni, ecc., gli adesivi non fibrosi mostrano ampie prospettive di applicazione.

Alla luce di questa scoperta, il gruppo di ricerca ha successivamente sviluppato un pacemaker temporaneo [4]. Wu Jingjing ha verificato che l'adesivo applicato al pacemaker e impiantato negli animali (ratti) può continuare a funzionare nel corpo.

Inoltre, può stimolare elettricamente il cuore e fornire un monitoraggio e una regolazione stabili del segnale elettrofisiologico e si prevede che venga utilizzato per trattare problemi clinici come l'aritmia/infarto del miocardio.

Figura丨Monitoraggio cardiaco continuo e stimolazione nel modello di ratto (Fonte: Science Translational Medicine)

Nature ha commentato lo studio [5]. Il punto saliente di questo studio è che il rivestimento adesivo può ridurre la formazione di tessuto cicatriziale attorno agli impianti polimerici morbidi, un effetto che gli autori hanno dimostrato in numerosi modelli animali a cui sono stati impiantati biomateriali in o su vari organi.

La formazione di tessuto cicatriziale circostante è un problema comune per i biomateriali impiantati che ne compromette la funzionalità, e ciò che i ricercatori hanno dimostrato è un gradito passo avanti nell'affrontare questo importante problema.

Wu Jingjing ha dichiarato: "Speriamo di realizzare la trasformazione tecnologica il prima possibile e di promuoverne l'uso clinico negli studi sull'uomo. Tuttavia, ciò richiede una rigorosa approvazione tecnica ed etica, che dovrebbe essere completata nei prossimi due o tre anni".

Riferimenti:

1.Wu, J., Deng, J., Theocharidis, G. et al. Interfacce antifibrotiche adesive su organi diversi. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07426-9

2.Wu, J. et al. Un cerotto bioadesivo pronto all'uso per la riparazione senza suture di difetti gastrointestinali. Science Translational Medicine 14, abh2857(2022). https://doi.org/10.1126/scitranslmed.abh2857

3.Yuk, H., Wu, J., Sarrafian, TL et al. Sigillatura emostatica rapida e indipendente dalla coagulazione mediante una pasta ispirata alla colla di cirripedi. Nature Biomedical Medicine 5, 1131–1142 (2021). https://doi.org/10.1038/s41551-021-00769-y

4. Deng, Y., Wu, J. et al. Un elettrocatetere di stimolazione bioadesivo per il monitoraggio e la stimolazione cardiaca atraumatica in modelli di roditori e suini. Science Translational Medicine 16, eado9003 (2024). https://doi.org/10.1126/scitranslmed.ado9003

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

Operazione/composizione: He Chenlong

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