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Cientistas desenvolvem adesivos para prevenir ataques ao sistema imunológico e fornecer soluções para que dispositivos médicos funcionem a longo prazo no corpo

2024-08-12

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Quando dispositivos médicos (como marca-passos) ou materiais são implantados no corpo, eles geralmente desencadeiam uma reação de corpo estranho no corpo, fazendo com que proteínas sejam adsorvidas na superfície do dispositivo e recrutando células imunológicas, como macrófagos e neutrófilos, para se reunirem. na superfície do material.

O acúmulo de células fibróticas para atingir a deposição de colágeno pode facilmente formar fibrose, fazendo com que o dispositivo seja excessivamente circundado por tecido fibrótico para formar uma barreira física, fazendo com que o material perca a capacidade de trocar informações com o tecido ou liberar fatores de sinalização.

Métodos baseados na modificação química da superfície do dispositivo ou no carregamento de antiinflamatórios podem reduzir até certo ponto a formação de fibrose, mas não podem suprimir completamente esse fenômeno a longo prazo.

Recentemente, o professor Zhao Xuanhe e o Dr. Wu Jingjing, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, nos Estados Unidos, descobriram pela primeira vez um material adesivo não fibrótico que pode unir dispositivos de implante médico aos tecidos circundantes para prevenir a fibrose após a implantação do dispositivo, assim como acontece. fornece desgaste ao dispositivo. A "capa de invisibilidade" bloqueia ataques do sistema imunológico e prolonga a vida útil de tais equipamentos.


Figura丨O revestimento adesivo evita a formação de cápsula fibrosa na interface implante-tecido (Fonte: Nature)

Esta pesquisa utiliza adesivo de hidrogel para inibir a formação de fibrose e espera-se que forneça soluções para a aplicação clínica de mais dispositivos médicos implantados no corpo para trabalhos de longo prazo. Por exemplo, proteger equipamentos médicos, como administração de medicamentos a longo prazo, distribuição de células e distribuição de sensores no corpo, para fornecer tratamento de longo prazo ou funções de diagnóstico.

O professor David Mooney, acadêmico da Terceira Academia dos Estados Unidos e da Universidade de Harvard, comentou sobre o estudo: "A forte adesão entre dispositivos médicos e tecidos pode evitar a formação de tecido fibrótico. Esta é uma descoberta importante. Existem muitas aplicações potenciais em dispositivos médicos.”

Recentemente, um artigo relacionado foi publicado na Nature [1] sob o título "Adhesive anti-fibrotic interfaces on diversas órgãos".

Jingjing Wu do MIT é o primeiro autor, e o professor Zhao Xuanhe e o Dr. Hyunwoo Yuk atuam como co-autores correspondentes.


Figura丨Artigos relacionados (Fonte: Nature)

Em estudos anteriores sobre a utilização de materiais adesivos para reparar defeitos de tecidos moles e órgãos em ambientes especiais, os investigadores descobriram que os materiais adesivos podem reparar rapidamente tecidos defeituosos e promover a cicatrização de feridas [2-3].

Neste estudo, foram introduzidos adesivos não fibróticos para reduzir a adsorção de proteínas inespecíficas (albumina, fibrinogênio, etc.) no organismo, reduzindo assim a infiltração de um grande número de células inflamatórias.

Depois de estudar proteínas imunológicas e genômica, os pesquisadores descobriram que apenas um pequeno número de fatores reguladores inflamatórios aumentou em 3 dias, mas todos os fatores inflamatórios foram significativamente reduzidos após 7 dias.

Wu Jingjing explicou: "Isso se deve principalmente ao acúmulo de um pequeno número de neutrófilos perto do adesivo não fibrótico. A expressão do gene nos 2 aumentou significativamente dentro de 1-3 dias, ativando a resposta inflamatória mediada por neutrófilos e aumentando a inflamação fatores G-CSF e IL-12p70 são secretados em grandes quantidades.”


Foto丨Wu Jingjing (Fonte: Wu Jingjing)

Devido à regulação do próprio corpo, os fatores inflamatórios podem diminuir rapidamente em 7 dias, interrompendo assim o processo de fibrose subsequente. Como revestimento, os adesivos não fibróticos não produzirão mais fibrose quando dispositivos médicos são implantados no corpo, garantindo existência e operação a longo prazo no corpo.

Na fase inicial da pesquisa, a equipe de pesquisa implantou adesivos em tecidos e órgãos durante o experimento. Embora tenha sido observado que os adesivos poderiam inibir a formação de fibrose, naquela época não havia um entendimento aprofundado do mecanismo imunológico por trás. esse fenômeno anormal.


Figura丨Reação em cadeia da polimerase quantitativa e análise Luminex da interface adesiva do implante (Fonte: Nature)

A fim de explorar o mecanismo imunológico por trás deste fenômeno, a equipe e seus colaboradores analisaram o mecanismo imunológico por trás deste fenômeno através de uma série de métodos de caracterização biológica, incluindo imunofluorescência, reação em cadeia da polimerase quantitativa, tecnologia de sequenciamento do transcriptoma e outras tecnologias.

Os pesquisadores também compararam vários grupos de controle e descobriram um fenômeno: se o material e o tecido do grupo aderirem estreitamente, a memória das células inflamatórias será reduzida. Se o mesmo material não possuir propriedades adesivas, células inflamatórias ainda podem penetrar entre o material e o tecido, causando reação inflamatória e formação de fibrose.

Wu Jingjing disse: "Descobrimos que células imunológicas, como os neutrófilos, começaram a se infiltrar na área implantada, mas o ataque imunológico foi rapidamente suprimido, bloqueando o processo de formação de tecido fibroso. Dentro de três meses, não houve fibrose implantada. geração química e ainda mantêm a transmissão de sinais elétricos a longo prazo.

Os adesivos não fibróticos são polímeros compostos por macromoléculas como quitosana ou álcool polivinílico. Eles apresentam as vantagens de amplas fontes, baixo preço e alta maciez, e combinam bem com as propriedades mecânicas dos tecidos humanos.

Esta pesquisa resolve o antigo problema da fibrose causada pela reação de corpo estranho causada por materiais implantados no corpo, que há muito preocupa a humanidade, possibilitando que dispositivos ou materiais médicos funcionem no corpo por muito tempo.

Atualmente, a equipe realizou experimentos para verificar seu desempenho na inibição da fibrose em modelos animais de camundongos, ratos, camundongos humanos e porcos. Como a parede abdominal, estômago, cólon, coração e pulmões, etc., portanto, os adesivos não fibrosos apresentam amplas perspectivas de aplicação.

Diante dessa descoberta, a equipe de pesquisa desenvolveu posteriormente um marca-passo temporário [4]. Wu Jingjing verificou que o adesivo aplicado no marca-passo e implantado em animais (ratos) pode continuar funcionando no corpo.

Além disso, pode estimular eletricamente o coração e fornecer monitoramento e regulação de sinais eletrofisiológicos estáveis, e espera-se que seja usado para tratar problemas clínicos como arritmia/infarto do miocárdio.


Figura丨Monitoramento cardíaco contínuo e estimulação em modelo de rato (Fonte: Science Translational Medicine)

A Nature comentou o estudo [5]. O principal destaque deste estudo é que o revestimento adesivo pode reduzir a formação de tecido cicatricial ao redor de implantes de polímero macio - um efeito que os autores demonstraram em vários modelos animais com biomateriais implantados. dentro ou sobre vários órgãos.

A formação de tecido cicatricial circundante é um problema comum para biomateriais implantados que afecta a sua funcionalidade, e o que os investigadores demonstraram é um avanço bem-vindo na abordagem desta importante questão.

Wu Jingjing disse: "Esperamos realizar a transformação tecnológica o mais rápido possível e promover seu uso clínico em testes em humanos. No entanto, isso requer aprovação técnica e ética rigorosa, que deverá ser concluída nos próximos dois a três anos".


Referências:

1.Wu, J., Deng, J., Theocharidis, G. et al. Interfaces adesivas antifibróticas em diversos órgãos. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07426-9

2.Wu, J. et al. Um remendo bioadesivo pronto para uso para reparo sem sutura de defeitos gastrointestinais. Science Translational Medicine 14, abh2857(2022). https://doi.org/10.1126/scitranslmed.abh2857

3.Yuk, H., Wu, J., Sarrafian, TL et al. Selamento hemostático rápido e independente de coagulação por uma pasta inspirada em cola de craca. Nature Biomedical Medicine 5, 1131–1142 (2021). https://doi.org/10.1038/s41551-021-00769-y

4.Deng,Y., Wu,J. et al. Um eletrodo de estimulação bioadesivo para monitoramento e estimulação cardíaca atraumática em modelos de roedores e suínos. Science Translational Medicine 16, eado9003(2024). https://doi.org/10.1126/scitranslmed.ado9003

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

Operação/composição: He Chenlong

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