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Cuando se implantan dispositivos médicos (como marcapasos) o materiales en el cuerpo, generalmente desencadenan una reacción de cuerpo extraño en el cuerpo, lo que hace que las proteínas se adsorban en la superficie del dispositivo y reclutan células inmunes, como macrófagos y neutrófilos, para recolectar. en la superficie del material.

La acumulación de células fibróticas para lograr la deposición de colágeno puede formar fácilmente fibrosis, lo que hace que el dispositivo esté excesivamente rodeado de tejido fibrótico para formar una barrera física, lo que hace que el material pierda la capacidad de intercambiar información con el tejido o liberar factores de señalización.

Los métodos basados ​​en la modificación química de la superficie del dispositivo o la carga de fármacos antiinflamatorios pueden reducir en cierta medida la formación de fibrosis, pero no pueden suprimir completamente este fenómeno a largo plazo.

Recientemente, el profesor Zhao Xuanhe y el Dr. Wu Jingjing del Instituto de Tecnología de Massachusetts en los Estados Unidos descubrieron por primera vez un material adhesivo no fibrótico que puede unir los dispositivos de implantes médicos con los tejidos circundantes para prevenir la fibrosis después de la implantación del dispositivo, justo como llevar el dispositivo. La "capa de invisibilidad" bloquea los ataques del sistema inmunológico y prolonga la vida útil de dicho equipo.

Figura 丨 El recubrimiento adhesivo previene la formación de una cápsula fibrosa en la interfaz implante-tejido (Fuente: Nature)

Esta investigación utiliza adhesivo de hidrogel para inhibir la formación de fibrosis y se espera que proporcione soluciones para la aplicación clínica de más dispositivos médicos implantados en el cuerpo para trabajos a largo plazo. Por ejemplo, proteger equipos médicos como la administración a largo plazo de medicamentos, la administración de células y la administración de sensores en el cuerpo para proporcionar funciones de diagnóstico o tratamiento a largo plazo.

El profesor David Mooney, académico de la Tercera Academia de los Estados Unidos y de la Universidad de Harvard, comentó sobre el estudio: "Una fuerte adhesión entre los dispositivos médicos y los tejidos puede evitar la formación de tejido fibrótico. Este es un descubrimiento importante. Hay muchas aplicaciones potenciales en dispositivos médicos”.

Recientemente, se publicó un artículo relacionado en Nature [1] con el título "Adhesive anti-fibrotic interfaces on diversos organs".

El Dr. Jingjing Wu del MIT es el primer autor, y el profesor Zhao Xuanhe y el Dr. Hyunwoo Yuk son coautores correspondientes.

Figura 丨 Artículos relacionados (Fuente: Nature)

En estudios previos sobre el uso de materiales adhesivos para reparar defectos de órganos y tejidos blandos en entornos especiales, los investigadores descubrieron que los materiales adhesivos pueden reparar rápidamente tejidos defectuosos y promover la cicatrización de heridas [2-3].

En este estudio, se introdujeron adhesivos no fibróticos para reducir la adsorción de proteínas no específicas (albúmina, fibrinógeno, etc.) en el cuerpo, reduciendo así la infiltración de una gran cantidad de células inflamatorias.

Después de estudiar las proteínas inmunes y la genómica, los investigadores descubrieron que solo una pequeña cantidad de factores reguladores inflamatorios aumentaban en 3 días, pero todos los factores inflamatorios se reducían significativamente después de 7 días.

Wu Jingjing explicó: "Esto se debe principalmente a la acumulación de una pequeña cantidad de neutrófilos cerca del adhesivo no fibrótico. La expresión del gen nos 2 aumentó significativamente en 1 a 3 días, activando la respuesta inflamatoria mediada por neutrófilos y aumentando la inflamación. Los factores G-CSF e IL-12p70 se secretan en grandes cantidades”.

Imagen 丨 Wu Jingjing (Fuente: Wu Jingjing)

Debido a la propia regulación del cuerpo, los factores inflamatorios pueden desaparecer rápidamente en 7 días, interrumpiendo así el posterior proceso de fibrosis. Como recubrimiento, los adhesivos no fibróticos ya no producirán fibrosis cuando se implanten dispositivos médicos en el cuerpo, lo que garantiza una existencia y funcionamiento a largo plazo en el cuerpo.

En la etapa inicial de la investigación, el equipo de investigación implantó adhesivos en tejidos y órganos durante el experimento. Aunque se observó que los adhesivos podían inhibir la formación de fibrosis, en ese momento no había una comprensión profunda del mecanismo inmunológico detrás. este fenómeno anormal.

Figura 丨 Reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa y análisis Luminex de la interfaz del implante adhesivo (Fuente: Nature)

Para explorar el mecanismo inmunológico detrás de este fenómeno, el equipo y sus colaboradores analizaron el mecanismo inmunológico detrás de este fenómeno a través de una serie de métodos de caracterización biológica, que incluyen inmunofluorescencia, reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa, tecnología de secuenciación del transcriptoma y otras tecnologías.

Los investigadores también compararon varios grupos de control y descubrieron un fenómeno: si el material y el tejido del grupo se adhieren estrechamente, la memoria de las células inflamatorias se reducirá. Si el mismo material no tiene propiedades adhesivas, las células inflamatorias aún pueden penetrar entre el material y el tejido, provocando una reacción inflamatoria y la formación de fibrosis.

Wu Jingjing dijo: "Descubrimos que las células inmunitarias, como los neutrófilos, comenzaron a infiltrarse en el área implantada, pero el ataque inmunitario se suprimió rápidamente, bloqueando el proceso de formación de tejido fibroso. En tres meses, no se implantó fibrosis. generación química y Todavía mantenemos la transmisión de señales eléctricas a largo plazo”.

Los adhesivos no fibróticos son polímeros compuestos de macromoléculas como el quitosano o el alcohol polivinílico. Tienen las ventajas de una amplia fuente, un precio bajo y una gran suavidad, y se adaptan bien a las propiedades mecánicas de los tejidos humanos.

Esta investigación resuelve el problema de larga data de la fibrosis causada por la reacción de un cuerpo extraño causada por materiales implantados en el cuerpo, que ha preocupado a la humanidad durante mucho tiempo, haciendo posible que los dispositivos o materiales médicos funcionen en el cuerpo durante mucho tiempo.

Actualmente, el equipo ha realizado experimentos para verificar su desempeño en la inhibición de la fibrosis en modelos animales de ratones, ratas, ratones humanos y cerdos. Como la pared abdominal, el estómago, el colon, el corazón y los pulmones, etc., los adhesivos no fibrosos muestran amplias perspectivas de aplicación.

A raíz de este descubrimiento, el equipo de investigación desarrolló posteriormente un marcapasos temporal [4]. Wu Jingjing ha comprobado que el adhesivo aplicado al marcapasos e implantado en animales (ratas) puede seguir funcionando en el cuerpo.

Además, puede estimular eléctricamente el corazón y proporcionar una monitorización y regulación estable de señales electrofisiológicas, y se espera que se utilice para tratar problemas clínicos como arritmia/infarto de miocardio.

Figura 丨 Monitorización cardíaca continua y estimulación en modelo de rata (Fuente: Science Translational Medicine)

Nature comentó sobre el estudio [5]. Lo más destacado de este estudio es que el recubrimiento adhesivo puede reducir la formación de tejido cicatricial alrededor de implantes de polímeros blandos, un efecto que los autores han demostrado en varios modelos animales con biomateriales implantados. en o sobre diversos órganos.

La formación de tejido cicatricial circundante es un problema común para los biomateriales implantados que afecta su funcionalidad, y lo que los investigadores han demostrado es un avance bienvenido para abordar este importante tema.

Wu Jingjing dijo: "Esperamos realizar la transformación tecnológica lo antes posible y promover su uso clínico en ensayos en humanos. Sin embargo, esto requiere una estricta aprobación técnica y ética, que se espera que se complete en los próximos dos o tres años".

Referencias:

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

2.Wu, J. et al. Un parche bioadhesivo listo para usar para la reparación sin sutura de defectos gastrointestinales. Science Translational Medicine 14, abh2857(2022). https://doi.org/10.1126/scitranslmed.abh2857

3. Yuk, H., Wu, J., Sarrafian, TL et al. Sellado hemostático rápido e independiente de la coagulación mediante una pasta inspirada en el pegamento de percebes. Nature Biomedical Medicine 5, 1131–1142 (2021). https://doi.org/10.1038/s41551-021-00769-y

4. Deng, Y., Wu, J. et al. Un cable de estimulación bioadhesivo para la monitorización y estimulación cardíaca atraumática en modelos de roedores y porcinos. Science Translational Medicine 16, eado9003(2024). https://doi.org/10.1126/scitranslmed.ado9003

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

Operación/composición tipográfica: He Chenlong

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