Biomaterial pode ser injetado por via intravenosa e tem aplicação potencial em ataques cardíacos, traumatismo cranioencefálico

Um novo biomaterial, que pode ser injetado por via intravenosa, reduz a inflamação nos tecidos e promove o reparo celular e tecidual. O biomaterial foi testado e provou ser eficaz no tratamento de danos nos tecidos causados ​​por ataques cardíacos em modelos de roedores e animais de grande porte. Os pesquisadores também forneceram uma prova de conceito em um modelo de roedor de que o biomaterial pode ser benéfico para pacientes com lesão cerebral traumática e hipertensão arterial pulmonar.

“Esta biomaterial permite o tratamento de tecidos danificados de dentro para fora”, disse Karen Christman, professora de bioengenharia da Universidade da Califórnia em San Diego e pesquisadora principal da equipe que desenvolveu o material. “É uma nova abordagem para a engenharia regenerativa.”

Um estudo sobre a segurança e eficácia do biomaterial em Sujeitos humanos poderia começar dentro de um a dois anos, acrescentou Christman. A equipe, que reúne bioengenheiros e médicos, apresentou suas descobertas na edição de 29 de dezembro da Natureza Engenharia Biomédica.

Há uma estimativa de 785.000 novos casos de ataque cardíaco nos Estados Unidos a cada ano, e não há tratamento estabelecido para reparar o dano resultante ao tecido cardíaco. Após um ataque cardíaco, tecido sicatricial desenvolve, o que diminui a função muscular e pode levar a insuficiência cardíaca congestiva.

“Doença arterial coronária, infarto agudo do miocárdioe insuficiência cardíaca congestiva continuam a ser os problemas de saúde pública mais onerosos que afetam nossa sociedade hoje”, disse o Dr. Ryan R. Reeves, médico da Divisão de Medicina Cardiovascular da UC San Diego. “Como cardiologista intervencionista que trata pacientes com doença arterial e insuficiência cardíaca congestiva diariamente, eu adoraria ter outra terapia para melhorar os resultados dos pacientes e reduzir os sintomas debilitantes.”

Em estudos anteriores, a equipe liderada por Christman desenvolveu um hidrogel feito a partir do andaime natural do tecido muscular cardíaco, também conhecido como matriz extracelular (ECM), que pode ser injetado no tecido muscular cardíaco danificado por meio de um cateter. O gel forma um andaime nas áreas danificadas do coração, estimulando o crescimento e o reparo de novas células. Os resultados de um teste clínico humano de fase 1 bem-sucedido foram relatados no outono de 2019. Mas, como precisa ser injetado diretamente no músculo cardíaco, só pode ser usado uma semana ou mais após um ataque cardíaco – mais cedo correria o risco de causar danos por causa da agulha procedimento de injeção baseado em

A equipe queria desenvolver um tratamento que pudesse ser administrado imediatamente após um ataque cardíaco. Isso significava desenvolver um biomaterial que pudesse ser infundido em um vaso sanguíneo do coração ao mesmo tempo que outros tratamentos, como angioplastia ou stent, ou injetado por via intravenosa.

“Procuramos projetar uma terapia de biomaterial que pudesse ser entregue a órgãos e tecidos de difícil acesso e criamos um método para aproveitar a corrente sanguínea – os vasos que já fornecem sangue a esses órgãos e tecidos”, disse Martin Spang, o primeiro autor do artigo, que obteve seu Ph.D. no grupo de Christman no Shu Chien-Gene Lay Departamento de Bioengenharia.

Uma vantagem do novo biomaterial é que ele se distribui uniformemente pelo tecido danificado, porque é infundido ou injetado por via intravenosa. Por outro lado, o hidrogel injetado por meio de um cateter permanece em locais específicos e não se espalha.

Como é feito o biomaterial

Os pesquisadores do laboratório de Christman começaram com o hidrogel que desenvolveram, que provou ser compatível com injeções de sangue como parte dos testes de segurança. Mas o tamanho da partícula no hidrogel era grande demais para atingir o vazamento veias de sangue. Spang, então Ph.D. estudante do laboratório de Christman, resolveu esse problema colocando o precursor líquido do hidrogel em uma centrífuga, o que permitiu peneirar as partículas maiores e manter apenas as nanométricas.

O material resultante foi submetido a diálise e filtragem estéril antes de ser liofilizado. A adição de água estéril ao pó final resulta em um biomaterial que pode ser injetado por via intravenosa ou infundido em uma artéria coronária no coração.

Como funciona

Os pesquisadores então testaram o biomaterial em um modelo de roedor de ataques cardíacos. Eles esperavam que o material passasse pelos vasos sanguíneos e entrasse no tecido porque se desenvolvem lacunas entre as células endoteliais nos vasos sanguíneos após um ataque cardíaco.

Mas algo mais aconteceu. O biomaterial se liga a essas células, fechando as lacunas e acelerando a cicatrização dos vasos sanguíneos, reduzindo a inflamação como resultado. Os pesquisadores testaram o biomaterial em um modelo suíno de ataque cardíaco também, com resultados semelhantes.

A equipe também testou com sucesso a hipótese de que o mesmo biomaterial poderia ajudar a atingir outros tipos de inflamação em modelos de ratos com lesão cerebral traumática e hipertensão arterial pulmonar. O laboratório de Christman realizará vários estudos pré-clínicos para essas condições.

Próximos passos

“Embora a maior parte do trabalho neste estudo tenha envolvido o coração, as possibilidades de tratar outros órgãos e tecidos de difícil acesso podem abrir o campo da engenharia de biomateriais/tecidos para o tratamento de novas doenças”, disse Spang.

Enquanto isso, Christman e Ventrix Bio, Inc., uma startup que ela cofundou, estão planejando pedir autorização ao FDA para realizar um estudo em humanos das aplicações do novo biomaterial para problemas cardíacos. Isso significa que os testes clínicos em humanos começam em um ou dois anos.

“Uma das principais razões pelas quais tratamos graves doença arterial coronária e infarto do miocárdio é prevenir a disfunção ventricular esquerda e a progressão para insuficiência cardíaca congestiva”, disse o Dr. Reeves. “Esta terapia fácil de administrar tem o potencial de desempenhar um papel significativo em nossa abordagem de tratamento.”