новости

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

Когда медицинские устройства (например, кардиостимуляторы) или материалы имплантируются в организм, они обычно вызывают реакцию инородного тела в организме, вызывая адсорбцию белков на поверхности устройства и привлекая иммунные клетки, такие как макрофаги и нейтрофилы, для сбора на поверхности материала.

Накопление фиброзных клеток для достижения отложения коллагена может легко привести к фиброзу, в результате чего устройство будет чрезмерно окружено фиброзной тканью, образуя физический барьер, тем самым приводя к потере способности материала обмениваться информацией с тканью или высвобождать сигнальные факторы.

Методы, основанные на химической модификации поверхности устройства или загрузке противовоспалительных препаратов, позволяют в определенной степени уменьшить образование фиброза, но не могут полностью подавить это явление в долгосрочной перспективе.

Недавно профессор Чжао Сюаньхэ и доктор Ву Цзинцзин из Массачусетского технологического института в США впервые обнаружили нефиброзный клейкий материал, который может связывать медицинские имплантаты с окружающими тканями, предотвращая фиброз после имплантации устройства. например, ношение устройства «Плащ-невидимка» блокирует атаки иммунной системы и продлевает срок службы такого оборудования.

Рисунок: Адгезивное покрытие предотвращает образование фиброзной капсулы на границе раздела имплантат-ткань (Источник: Nature)

В этом исследовании используется гидрогелевый клей для предотвращения образования фиброза, и ожидается, что оно предоставит решения для клинического применения большего количества медицинских устройств, имплантированных в организм для долгосрочной работы. Например, защита медицинского оборудования, такого как средства длительной доставки лекарств, доставки клеток и доставки датчиков в организм, для обеспечения долгосрочного лечения или диагностических функций.

Профессор Дэвид Муни, академик Третьей академии США и Гарвардского университета, прокомментировал исследование: «Сильная адгезия между медицинскими изделиями и тканями позволяет избежать образования фиброзной ткани. Это важное открытие. Существует множество потенциальных применений в медицинские приборы».

Недавно соответствующая статья была опубликована в журнале Nature [1] под названием «Адгезивные антифиброзные интерфейсы на различных органах».

Доктор Цзинцзин Ву из Массачусетского технологического института является первым автором, а профессор Чжао Сюаньхэ и доктор Хёну Юк являются соавторами.

Рисунок 丨Связанные статьи (Источник: Nature)

В предыдущих исследованиях по использованию адгезивных материалов для восстановления дефектов мягких тканей и органов в особых условиях исследователи обнаружили, что адгезивные материалы могут быстро восстанавливать дефектные ткани и способствовать заживлению ран [2-3].

В этом исследовании были введены нефиброзные клеи для уменьшения адсорбции неспецифических белков (альбумина, фибриногена и т. д.) в организме, тем самым уменьшая инфильтрацию большого количества воспалительных клеток.

Изучив иммунные белки и геномику, исследователи обнаружили, что лишь небольшое количество регуляторных факторов воспаления увеличилось в течение 3 дней, но все воспалительные факторы значительно уменьшились через 7 дней.

У Цзинцзин объяснил: «Это происходит главным образом из-за накопления небольшого количества нейтрофилов вблизи нефиброзного адгезива. Экспрессия гена nos 2 значительно увеличивается в течение 1-3 дней, активируя опосредованную нейтрофилами воспалительную реакцию и усиливая воспалительную реакцию. факторы G-CSF и IL-12p70 секретируются в больших количествах».

Изображение丨У Цзинцзин (Источник: У Цзинцзин)

Благодаря собственной регуляции организма воспалительные факторы могут быстро исчезнуть в течение 7 дней, тем самым прерывая последующий процесс фиброза. В качестве покрытия нефиброзные клеи больше не будут вызывать фиброз при имплантации медицинских устройств в организм, обеспечивая длительное существование и работу в организме.

На начальном этапе исследования исследовательская группа имплантировала клеи в ткани и органы во время эксперимента. Хотя было замечено, что клеи могут ингибировать образование фиброза, в то время не было глубокого понимания иммунного механизма, лежащего в основе. это аномальное явление.

Рисунок: Количественная полимеразная цепная реакция и анализ Luminex адгезивного интерфейса имплантата (Источник: Nature)

Чтобы изучить иммунологический механизм этого явления, команда и их сотрудники проанализировали иммунологический механизм этого явления с помощью ряда методов биологической характеристики, включая иммунофлуоресценцию, количественную полимеразную цепную реакцию, технологию секвенирования транскриптома и другие технологии.

Исследователи также сравнили несколько контрольных групп и обнаружили феномен: если групповой материал и ткань плотно прилегают друг к другу, память воспалительных клеток снижается. Если тот же материал не обладает адгезивными свойствами, воспалительные клетки все равно могут проникать между материалом и тканью, вызывая воспалительную реакцию и образование фиброза.

У Цзинцзин сказал: «Мы обнаружили, что иммунные клетки, такие как нейтрофилы, сначала начали проникать в область имплантации, но иммунная атака была быстро подавлена, блокируя процесс образования фиброзной ткани. В течение трех месяцев фиброза не было. по-прежнему поддерживают долговременную передачу электрических сигналов».

Нефиброзные клеи представляют собой полимеры, состоящие из макромолекул, таких как хитозан или поливиниловый спирт. Они обладают преимуществами широкого использования, низкой ценой и высокой мягкостью, а также хорошо сочетаются с механическими свойствами тканей человека.

Это исследование решает давнюю проблему фиброза, вызванную реакцией на инородное тело, вызванное имплантированными в организм материалами, которая долгое время беспокоила человечество, позволяя медицинским устройствам или материалам работать в организме в течение длительного времени.

В настоящее время команда провела эксперименты, чтобы проверить эффективность препарата в ингибировании фиброза на животных моделях мышей, крыс, человеческих мышей и свиней. Такие как брюшная стенка, желудок, толстая кишка, сердце и легкие и т. д., поэтому неволокнистые клеи имеют широкие перспективы применения.

Принимая во внимание это открытие, исследовательская группа впоследствии разработала временный кардиостимулятор [4]. У Цзинцзин подтвердил, что клей, нанесенный на кардиостимулятор и имплантированный животным (крысам), может продолжать работать в организме.

Кроме того, он может электрически стимулировать сердце и обеспечивать стабильный мониторинг и регулирование электрофизиологических сигналов. Ожидается, что он будет использоваться для лечения таких клинических проблем, как аритмия/инфаркт миокарда.

Рисунок: Непрерывный мониторинг сердечной деятельности и кардиостимуляция на крысиной модели (Источник: Science Translational Medicine)

Nature прокомментировала исследование [5]. Главным моментом этого исследования является то, что клейкое покрытие может уменьшить образование рубцовой ткани вокруг мягких полимерных имплантатов - эффект, который авторы продемонстрировали на ряде животных моделей, которым были имплантированы биоматериалы. в или на различных органах.

Формирование окружающей рубцовой ткани является распространенной проблемой имплантированных биоматериалов, влияющей на их функциональность, и то, что продемонстрировали исследователи, является долгожданным достижением в решении этой важной проблемы.

У Цзинцзин сказал: «Мы надеемся реализовать трансформацию технологии как можно скорее и способствовать ее клиническому использованию в испытаниях на людях. Однако это требует строгого технического и этического одобрения, которое, как ожидается, будет завершено в ближайшие два-три года».

Ссылки:

1.Wu, J., Deng, J., Theocharidis, G. et al. Адгезивные антифиброзные интерфейсы на различных органах. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07426-9

2.Wu, J. et al. Готовый биоадгезивный пластырь для бесшовного восстановления желудочно-кишечных дефектов. Science Translational Medicine 14, abh2857(2022). https://doi.org/10.1126/scitranslmed.abh2857

3.Yuk, H., Wu, J., Sarrafian, TL и др. Быстрое и независимое от коагуляции гемостатическое запечатывание пастой, созданной на основе клея морских желудей. Nature Biomedical Medicine 5, 1131–1142 (2021). https://doi.org/10.1038/s41551-021-00769-y

4.Deng,Y., Wu,J. et al. Биоадгезивный кардиостимулятор для атравматического мониторинга и стимуляции сердца в моделях грызунов и свиней. Science Translational Medicine 16, eado9003(2024). https://doi.org/10.1126/scitranslmed.ado9003

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

Операция/набор: Хэ Ченлун

01/

02/

03/

04/

05/