Inspirisani šavovima razvijenim pre hiljadama godina, inženjeri MIT-a su dizajnirali „pametne“ šavove koji ne samo da mogu da drže tkivo na mestu, već i da otkriju upalu i oslobađaju lekove.
Novi šavovi su izvedeni od životinjskog tkiva, slično „ketgut“ šavovima koji su prvi koristili stari Rimljani. U modernom obrtu, tim MIT-a je obložio šavove hidrogelovima koji se mogu ugraditi senzorima, lekovima ili čak ćelijama koje oslobađaju terapeutske molekule.
„Ono što imamo je šav koji je bio izveden i modifikovan hidrogelnim premazom koji može da bude rezervoar za senzore za upalu, ili za lekove kao što su monoklonska antitela za lečenje upale. Izvanredno, premaz takođe ima kapacitet da zadrži ćelije koje su održivi tokom dužeg perioda“, kaže Đovani Traverso, vanredni profesor mašinstva na MIT-u, gastroenterolog u Brigamu i ženskoj bolnici i viši autor studije.
Istraživači predviđaju da bi ovi šavovi mogli pomoći pacijentima sa Kronovom bolešću da zarastu nakon operacije uklanjanja dela creva. Konci bi takođe mogli biti prilagođeni za zaceljivanje rana ili hirurških rezova na drugim mestima u telu, kažu istraživači.
Bivši postdoktori sa MIT-a Jung Seung Li i Hjundžon Kim su vodeći autori rada, koji se pojavljuje danas, 16. maja, u časopisu Matter.
Ketgutni šavovi – koji su napravljeni od niti prečišćenog kolagena od krava, ovaca ili koza (ali ne i mačaka) – formiraju jake čvorove koji se prirodno rastvaraju u roku od oko 90 dana. Iako su dostupni i sintetički upijajući šavovi, katgut se i dalje koristi u mnogim vrstama hirurgije.
Traverso i njegove kolege su hteli da vide da li bi mogli da se oslanjaju na ovu vrstu šava dobijenog od tkiva kako bi stvorili materijal koji bi bio žilav i upijajući, i imao napredne funkcije kao što su sensing i isporuka lekova.
Takvi šavovi mogu biti posebno korisni za pacijente sa Kronovom bolešću kojima je potrebno ukloniti deo creva zbog blokade od prekomernih ožiljaka ili upale. Ova procedura zahteva ponovno zatvaranje dva kraja koja su ostala nakon uklanjanja jednog dela creva. Ako taj pečat ne drži čvrsto, može doći do curenja opasnih za pacijenta.
Da bi se smanjio ovaj rizik, tim MIT-a je želeo da dizajnira šav koji ne samo da može da drži tkivo na mestu već i da otkrije upalu, što je rani znak upozorenja da ponovo zatvorena creva ne zarastaju pravilno.
Istraživači su napravili svoje nove šavove od svinjskog tkiva, koje su „decelularizovali“ koristeći deterdžente, kako bi smanjili šanse za izazivanje upale u tkivu domaćina. Ovaj proces ostavlja za sobom materijal bez ćelija koji istraživači nazivaju „De-gut“, koji sadrži strukturne proteine kao što je kolagen, kao i druge biomolekule koji se nalaze u ekstracelularnom matriksu koji okružuje ćelije.
Nakon dehidracije tkiva i uvrtanja u niti, istraživači su procenili njegovu zateznu čvrstoću — meru koliko rastezanja može da izdrži pre lomljenja — i otkrili da je uporediv sa komercijalno dostupnim šavovima od katguta. Takođe su otkrili da šavovi De-gut izazivaju mnogo manje imunološkog odgovora okolnog tkiva nego tradicionalni catgut.
„Decelularizovana tkiva su se intenzivno koristila u regenerativnoj medicini sa svojom vrhunskom biofunkcionalnošću“, kaže Li. „Sada predlažemo novu platformu za izvođenje sensinga i isporuke pomoću decelularizovanog tkiva, što će otvoriti nove primene materijala dobijenih iz tkiva.
Zatim su istraživači krenuli da poboljšaju materijal za šavove dodatnim funkcijama. Da bi to uradili, obložili su šavove slojem hidrogela. U hidrogel, oni mogu da ugrade nekoliko vrsta tereta – mikročestice koje mogu da osete upalu, različite molekule lekova ili žive ćelije.
Za primenu senzora, istraživači su dizajnirali mikročestice obložene peptidima koji se oslobađaju kada su enzimi povezani sa upalom zvani MMP prisutni u tkivu. Ti peptidi se mogu otkriti jednostavnim testom urina.
Istraživači su takođe pokazali da bi mogli da koriste hidrogel premaz za nošenje lekova koji se koriste za lečenje inflamatorne bolesti creva, uključujući steroid koji se zove deksametazon i monoklonsko antitelo pod nazivom adalimumab. Ovi lekovi su nosili mikročestice napravljene od polimera koje je odobrila FDA, kao što su PLGA i PLA, koji se koriste za kontrolu brzine oslobađanja lekova. Ovaj pristup bi se takođe mogao prilagoditi za isporuku drugih vrsta lekova kao što su antibiotici ili lekovi za hemoterapiju, kažu istraživači.
Ovi pametni šavovi se takođe mogu koristiti za isporuku terapeutskih ćelija kao što su matične ćelije. Da bi istražili tu mogućnost, istraživači su ugradili šavove sa matičnim ćelijama dizajniranim da eksprimiraju fluorescentni marker i otkrili da su ćelije ostale održive najmanje sedam dana kada su implantirane kod miševa. Ćelije su takođe mogle da proizvedu faktor rasta vaskularnog endotela (VEGF), faktor rasta koji stimuliše rast krvnih ćelija.
Istraživači sada rade na daljem testiranju svake od ovih mogućih primena i na povećanju proizvodnog procesa za šavove. Takođe se nadaju da će istražiti mogućnost upotrebe šavova u drugim delovima tela osim u gastrointestinalnom traktu.
