Un nuevo biomaterial que se puede inyectar por vía intravenosa, reduce la inflamación en los tejidos y promueve la reparación de células y tejidos. El biomaterial se probó y demostró su eficacia en el tratamiento del daño tisular causado por ataques cardíacos en modelos de roedores y animales grandes. Los investigadores también proporcionaron una prueba de concepto en un modelo de roedor de que el biomaterial podría ser beneficioso para los pacientes con lesión cerebral traumática e hipertensión arterial pulmonar.

« Este biomaterial permite tratar el tejido dañado de adentro hacia afuera », dijo Karen Christman, profesora de bioingeniería en la Universidad de California en San Diego e investigadora principal del equipo que desarrolló el material. « Es un nuevo enfoque de la ingeniería regenerativa ».

Un estudio sobre la seguridad y eficacia del biomaterial en sujetos humanos podría comenzar dentro de uno o dos años, agregó Christman. El equipo, que reúne a bioingenieros y médicos, presentó sus hallazgos en la edición del 29 de diciembre de Nature Biomedical Engineering.

Se estima que hay 785 000 nuevos casos de ataques cardíacos en los Estados Unidos cada año, y no existe un tratamiento establecido para reparar el daño resultante al tejido cardíaco. Después de un ataque cardíaco, se desarrolla tejido cicatricial, lo que disminuye la función muscular y puede provocar insuficiencia cardíaca congestiva.

« La enfermedad de las arterias coronarias, el infarto agudo de miocardio y la insuficiencia cardíaca congestiva continúan siendo los problemas de salud pública más onerosos que afectan a nuestra sociedad en la actualidad », dijo el Dr. Ryan R. Reeves, médico de la División de Medicina Cardiovascular de UC San Diego. « Como cardiólogo intervencionista, que trata diariamente a pacientes con enfermedad de las arterias coronarias e insuficiencia cardíaca congestiva, me encantaría tener otra terapia para mejorar los resultados de los pacientes y reducir los síntomas debilitantes ».

En estudios previos, el equipo dirigido por Christman desarrolló un hidrogel hecho del andamiaje natural del tejido del músculo cardíaco, también conocido como matriz extracelular (ECM), que se puede inyectar en el tejido del músculo cardíaco dañado a través de un catéter. El gel forma un andamio en las áreas dañadas del corazón, fomentando el crecimiento y la reparación de nuevas células. En el otoño de 2019 se informaron los resultados de un ensayo clínico en humanos de fase 1 exitoso. Pero debido a que debe inyectarse directamente en el músculo cardíaco, solo puede usarse una semana o más después de un ataque cardíaco; antes correría el riesgo de causar daño debido a la Procedimiento de inyección con aguja.

El equipo quería desarrollar un tratamiento que pudiera administrarse inmediatamente después de un ataque al corazón. Esto significaba desarrollar un biomaterial que pudiera infundirse en un vaso sanguíneo del corazón al mismo tiempo que otros tratamientos, como una angioplastia o un stent, o inyectarse por vía intravenosa.

« Buscamos diseñar una terapia con biomateriales que pudiera administrarse a órganos y tejidos de difícil acceso, y se nos ocurrió el método para aprovechar el torrente sanguíneo, los vasos que ya suministran sangre a estos órganos y tejidos ». dijo Martin Spang, el primer autor del artículo, quien obtuvo su Ph.D. en el grupo de Christman en el Departamento de Bioingeniería de Shu Chien-Gene Lay.

Una ventaja del nuevo biomaterial es que se distribuye uniformemente por todo el tejido dañado, ya que se infunde o se inyecta por vía intravenosa. Por el contrario, el hidrogel inyectado a través de un catéter permanece en lugares específicos y no se esparce.

Cómo se fabrica el biomaterial

Los investigadores del laboratorio de Christman comenzaron con el hidrogel que desarrollaron, que demostró ser compatible con las inyecciones de sangre como parte de los ensayos de seguridad. Pero el tamaño de las partículas en el hidrogel era demasiado grande para atacar los vasos sanguíneos con fugas. Spang, luego un doctorado. estudiante en el laboratorio de Christman, resolvió este problema poniendo el precursor líquido del hidrogel a través de una centrífuga, lo que permitió tamizar partículas más grandes y mantener solo partículas de tamaño nanométrico. El material resultante se sometió a diálisis y filtración estéril antes de liofilizarse. Agregar agua estéril al polvo final da como resultado un biomaterial que se puede inyectar por vía intravenosa o infundir en una arteria coronaria en el corazón.

Cómo funciona

Luego, los investigadores probaron el biomaterial en un modelo de roedor de ataques cardíacos. Esperaban que el material pasara a través de los vasos sanguíneos y hacia el tejido porque se desarrollan espacios entre las células endoteliales en los vasos sanguíneos después de un ataque al corazón.

Pero sucedió algo más. El biomaterial se unió a esas células, cerrando los espacios y acelerando la curación de los vasos sanguíneos, reduciendo como resultado la inflamación. Los investigadores también probaron el biomaterial en un modelo porcino de ataque al corazón, con resultados similares.

El equipo también probó con éxito la hipótesis de que el mismo biomaterial podría ayudar a atacar otros tipos de inflamación en modelos de ratas con lesión cerebral traumática e hipertensión arterial pulmonar. El laboratorio de Christman llevará a cabo varios estudios preclínicos para estas condiciones.

Próximos pasos

« Si bien la mayor parte del trabajo en este estudio involucró al corazón, las posibilidades de tratar otros órganos y tejidos de difícil acceso pueden abrir el campo de los biomateriales/ingeniería de tejidos para el tratamiento de nuevas enfermedades », dijo Spang.

Mientras tanto, Christman junto con Ventrix Bio, Inc. una empresa emergente de la que es cofundadora, planean solicitar la autorización de la FDA para realizar un estudio en humanos sobre las aplicaciones del nuevo biomaterial para afecciones cardíacas. Esto significa que los ensayos clínicos en humanos comienzan en uno o dos años.

« Una de las principales razones por las que tratamos la enfermedad arterial coronaria grave y el infarto de miocardio es prevenir la disfunción del ventrículo izquierdo y la progresión a insuficiencia cardíaca congestiva », dijo el Dr. Reeves. « Esta terapia fácil de administrar tiene el potencial de desempeñar un papel importante en nuestro enfoque de tratamiento ».