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医療機器 (ペースメーカーなど) または医療材料が体内に埋め込まれると、通常、体内で異物反応が引き起こされ、タンパク質が機器の表面に吸着し、マクロファージや好中球などの免疫細胞が集められます。素材の表面に。

コラーゲンの沈着を達成するために線維化細胞が蓄積すると線維化が容易に形成され、デバイスが線維化組織に過剰に囲まれて物理的障壁が形成され、それによって材料が組織と情報を交換したりシグナル伝達因子を放出したりする能力が失われます。

デバイスの表面を化学的に修飾したり、抗炎症薬を充填したりする方法では、線維症の形成をある程度まで減らすことができますが、長期的にはこの現象を完全に抑制することはできません。

最近、米国マサチューセッツ工科大学のZhao Xuanhe教授とWu Jingjing博士は、医療用インプラントデバイスを周囲の組織に接着して、デバイスの移植後の線維化を防ぐことができる非線維性接着材料を初めて発見しました。 「透明マント」は免疫システムの攻撃をブロックし、そのような機器の耐用年数を延ばします。

図丨接着剤コーティングは、インプラントと組織の界面での線維性カプセルの形成を防止します (出典: Nature)

この研究は、線維症の形成を抑制するためにヒドロゲル接着剤を使用しており、長期作業のために体内に埋め込まれるより多くの医療機器の臨床応用のためのソリューションを提供することが期待されています。たとえば、長期の治療または診断機能を提供するために、体内の長期薬物送達、細胞送達、センサー送達などの医療機器を保護します。

米国第三アカデミーおよびハーバード大学の学者であるデビッド・ムーニー教授は、この研究について次のようにコメントしました。「医療機器と組織間の強力な接着により、線維化組織の形成を回避できます。これは重要な発見です。医療機器への応用の可能性は数多くあります。」医療機器。」

最近、関連する論文が「多様な臓器上の接着性抗線維化インターフェース」というタイトルで Nature [1] に掲載されました。

MITのJingjing Wu博士が筆頭著者で、Zhao Xuanhe教授とHyunwoo Yuk博士が共同責任著者を務めています。

図丨関連論文 (出典: Nature)

特殊な環境における軟組織や器官の欠損を修復するための接着材料の使用に関する以前の研究では、研究者らは、接着材料が欠損組織を迅速に修復し、創傷治癒を促進できることを発見しました[2-3]。

この研究では、体内の非特異的タンパク質（アルブミン、フィブリノーゲンなど）の吸着を減らすために非線維性接着剤が導入され、それによって多数の炎症細胞の浸潤が減少しました。

研究者らは、免疫タンパク質とゲノミクスを研究した結果、3日以内に増加する炎症調節因子は少数であるが、7日後にはすべての炎症因子が大幅に減少することを発見した。

Wu Jingjing 氏は次のように説明しました。「これは主に、非線維性接着剤の近くに少数の好中球が蓄積したことによるものです。nos 2 遺伝子の発現が 1 ～ 3 日以内に大幅に増加し、好中球媒介の炎症反応が活性化され、炎症が増加しました。」 G-CSFとIL-12p70が大量に分泌されます。」

写真丨呉京京 (出典:呉京京)

身体自身の調節により、炎症因子は 7 日以内にすぐに治まり、その後の線維化プロセスが中断されます。コーティングとしての非線維性接着剤は、医療機器が体内に埋め込まれたときに線維化を引き起こさず、体内での長期的な存在と動作を保証します。

研究の初期段階で、研究チームは実験中に接着剤を組織や器官に埋め込みましたが、接着剤が線維症の形成を抑制する可能性があることが観察されましたが、当時はその背後にある免疫機構については深く理解されていませんでした。この異常現象。

図丨接着インプラント界面の定量的ポリメラーゼ連鎖反応と Luminex 分析 (出典: Nature)

この現象の背後にある免疫学的メカニズムを調査するために、研究チームとその共同研究者は、免疫蛍光、定量的ポリメラーゼ連鎖反応、トランスクリプトームシーケンス技術およびその他の技術を含む一連の生物学的特性評価方法を通じて、この現象の背後にある免疫学的メカニズムを分析しました。

研究者らはまた、複数の対照群を比較し、グループの物質と組織が密着している場合、炎症細胞の記憶が減少するという現象を発見した。同じ材料に接着特性がない場合でも、炎症細胞が材料と組織の間に侵入し、炎症反応と線維症の形成を引き起こす可能性があります。

Wu Jingjing 氏は次のように述べています。「好中球などの免疫細胞が最初に移植領域に浸潤し始めたが、免疫攻撃はすぐに抑制され、線維化組織の形成プロセスがブロックされた。3 か月以内に、移植された線維症は存在しなかった。化学物質の生成と電気信号の長期伝送を維持します。」

非線維性接着剤は、キトサンやポリビニルアルコールなどの高分子で構成されるポリマーであり、供給源が豊富で、価格が低く、柔軟性が高いという利点があり、人体組織の機械的特性によく適合します。

この研究により、人類が長年悩ませてきた、体内に埋め込んだ物質による異物反応による線維化の問題が解決され、医療機器や医療材料が体内で長期間機能することが可能になります。

現在、研究チームはマウス、ラット、ヒトマウス、ブタの動物モデルで線維症の抑制におけるその性能を検証する実験を実施している。腹壁、胃、結腸、心臓、肺など、非繊維接着剤は幅広い用途が期待できます。

この発見を考慮して、研究チームはその後、一時的なペースメーカーを開発しました [4]。 Wu Jingjing 氏は、ペースメーカーに塗布され動物 (ラット) に埋め込まれた接着剤が体内で機能し続けることを検証しました。

さらに、心臓を電気的に刺激し、安定した電気生理学的信号の監視と制御を行うことができ、不整脈/心筋梗塞などの臨床問題の治療への使用が期待されています。

図丨ラットモデルにおける継続的な心臓モニタリングとペーシング (出典: Science Translational Medicine)

Nature はこの研究についてコメントしている [5]。この研究の主なハイライトは、接着コーティングが軟質ポリマーインプラント周囲の瘢痕組織の形成を軽減できることである。この効果は、生体材料が埋め込まれた動物モデルの多くで著者らによって実証されている。さまざまな臓器の中または上で。

周囲の瘢痕組織の形成は、移植された生体材料の機能に影響を与える一般的な問題であり、研究者らが実証したことは、この重要な問題に対処する上で歓迎すべき進歩である。

Wu Jingjing 氏は、「私たちはできるだけ早く技術革新を実現し、人体治験での臨床使用を促進したいと考えています。ただし、これには厳格な技術的および倫理的な承認が必要であり、今後 2 ～ 3 年以内に完了する予定です。」と述べました。

参考文献:

1.Wu, J., Deng, J., Theocharidis, G. et al. 多様な臓器における接着性抗線維化インターフェース。Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07426-9

2.Wu, J. et al. 消化管欠損部の縫合不要の修復のための市販の生体接着パッチ。Science Translational Medicine 14, abh2857(2022). https://doi.org/10.1126/scitranslmed.abh2857

3.Yuk, H., Wu, J., Sarrafian, TL et al. フジツボ接着剤にヒントを得たペーストによる迅速で凝固に依存しない止血シーリング。Nature Biomedical Medicine 5, 1131–1142 (2021). https://doi.org/10.1038/s41551-021-00769-y

4.Deng,Y., Wu,J. et al. げっ歯類およびブタモデルにおける非外傷性心臓モニタリングおよび刺激のための生体接着性ペーシングリード。Science Translational Medicine 16、eado9003(2024)。https://doi.org/10.1126/scitranslmed.ado9003

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

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