Kada se medicinski uređaji kao što su pejsmejkeri implantiraju u telo, oni obično izazivaju imuni odgovor koji dovodi do nakupljanja ožiljnog tkiva oko implantata. Ovaj ožiljak, poznat kao fibroza, može ometati funkciju uređaja i može zahtevati njihovo uklanjanje.
Unapred koji bi mogao da spreči takvu vrstu kvara uređaja, inženjeri MIT-a su pronašli jednostavan i opšti način da eliminišu fibrozu premazivanjem uređaja hidrogel lepkom. Ovaj lepak vezuje uređaje za tkivo i sprečava imuni sistem da ga napadne.
„San mnogih istraživačkih grupa i kompanija je da implantiraju nešto u telo što telo dugoročno neće videti, a uređaj može da pruži terapeutsku ili dijagnostičku funkcionalnost. Sada imamo takav „ogrtač nevidljivosti“, a ovo je veoma uopšteno: Nema potrebe za lekom, nema potrebe za posebnim polimerom“, kaže Sjuanhe Žao, profesor mašinstva i građevinarstva i inženjerstva životne sredine na MIT-u.
Lepak koji su istraživači koristili u ovoj studiji napravljen je od umreženih polimera zvanih hidrogelovi, i sličan je hirurškoj traci koju su prethodno razvili da bi pomogli u zaptivanje unutrašnjih rana. Drugi tipovi hidrogelnih lepkova takođe mogu da zaštite od fibroze, otkrili su istraživači, i veruju da bi se ovaj pristup mogao koristiti ne samo za pejsmejkere već i za senzore ili uređaje koji isporučuju lekove ili terapeutske ćelije.
Zhao i Hiunvoo Iuk, bivši naučnik MIT-a, koji je sada glavni tehnološki službenik u SanaHeal-u, viši su autori studije, koja se pojavljuje u časopisu Nature. MIT postdoc Jingjing Vu je glavni autor rada.
Poslednjih godina, Zhaoova laboratorija je razvila lepkove za različite medicinske primene, uključujući dvostrane i jednostrane trake koje se mogu koristiti za lečenje hirurških rezova ili unutrašnjih povreda.
Ovi lepkovi deluju tako što brzo upijaju vodu iz vlažnih tkiva, koristeći poliakrilnu kiselinu, upijajući materijal koji se koristi u pelenama. Kada se voda očisti, hemijske grupe zvane NHS estri ugrađene u poliakrilnu kiselinu formiraju jake veze sa proteinima na površini tkiva. Ovaj proces traje oko pet sekundi.
Pre nekoliko godina, Zhao i Iuk su počeli da istražuju da li bi ova vrsta lepka takođe mogla da pomogne da se medicinski implanti održe na mestu i da spreči pojavu fibroze.
Da bi testirao ovu ideju, Vu je premazao poliuretanske uređaje svojim lepkom i implantirao ih na trbušni zid, debelo crevo, stomak, pluća ili srce pacova. Nedeljama kasnije, uklonili su uređaj i otkrili da nema vidljivog ožiljnog tkiva. Dodatni testovi sa drugim životinjskim modelima pokazali su istu stvar: gde god su implantirani uređaji obloženi lepkom, fibroza se nije javljala do tri meseca.
„Ovaj rad je zaista identifikovao veoma opštu strategiju, ne samo za jedan životinjski model, jedan organ ili jednu aplikaciju“, kaže Vu. „U svim ovim životinjskim modelima, imamo konzistentne, ponovljive rezultate bez ikakve vidljive fibrozne kapsule.“
Koristeći sekvencioniranje masovne RNK i fluorescentno snimanje, istraživači su analizirali imuni odgovor životinja i otkrili da kada su uređaji sa adhezivnim premazima prvi put implantirani, imune ćelije kao što su neutrofili počele su da se infiltriraju u to područje. Međutim, napadi su se brzo ugasili pre nego što je bilo kakvo ožiljno tkivo.
„Za prilepljene uređaje postoji akutni inflamatorni odgovor jer je to strani materijal“, kaže Juk. „Međutim, vrlo brzo je taj inflamatorni odgovor propao, a onda od tog trenutka nemate ovu formaciju fibroze.“
Jedna primena za ovaj lepak mogu biti premazi za epikardijalne pejsmejkere—uređaje koji se postavljaju na srce kako bi pomogli u kontroli otkucaja srca. Žice koje dolaze u kontakt sa srcem često postaju fibrozne, ali MIT tim je otkrio da kada su pacovima implantirali žice obložene lepkom, one su ostale funkcionalne najmanje tri meseca, bez formiranja ožiljnog tkiva.
Istraživači su takođe testirali hidrogel lepak koji uključuje hitozan, prirodni polisaharid, i otkrili da ovaj lepak takođe eliminiše fibrozu u studijama na životinjama. Međutim, dva komercijalno dostupna lepila za tkiva koja su testirali nisu pokazala ovaj antifibrotički efekat jer su se komercijalno dostupni lepkovi na kraju odvojili od tkiva i dozvolili imunološkom sistemu da napadne.
U drugom eksperimentu, istraživači su obložili implantate hidrogelnim lepkovima, ali su ih potom natopili rastvorom koji je uklonio adhezivna svojstva polimera, dok je njihova ukupna hemijska struktura ostala ista.
Nakon implantacije u telo, gde su držane na mestu šavovima, došlo je do fibroznih ožiljaka. Ovo sugeriše da postoji nešto u mehaničkoj interakciji između lepka i tkiva što sprečava imuni sistem da napadne, kažu istraživači.
„Prethodna istraživanja u imunologiji bila su fokusirana na hemiju i biohemiju, ali mehanika i fizika mogu igrati jednake uloge, i trebalo bi da obratimo pažnju na te mehaničke i fizičke znakove u imunološkim odgovorima“, kaže Zhao, koji sada planira dalje da istražuje kako te mehaničke znaci utiču na imuni sistem.
Iuk, Zhao i drugi su pokrenuli kompaniju pod nazivom SanaHeal, koja sada radi na daljem razvoju lepkova za tkiva za medicinsku primenu.
„Kao tim, zainteresovani smo da ovo prijavimo zajednici i podstaknemo spekulacije i maštu o tome gde ovo može da ide“, kaže Juk. „Postoji toliko scenarija u kojima ljudi žele da se povezuju sa stranim ili veštačkim materijalom u telu, kao što su uređaji za implantaciju, depoi lekova ili depoi ćelija.“
