מדבקה גמישה למתן תרופות יכולה לקדם ריפוי רקמות לאחר התקף לב

מהנדסי MIT פיתחו מדבקה גמישה למתן תרופות שניתן למקם על הלב לאחר התקף לב כדי לעזור לקדם ריפוי והתחדשות של רקמת הלב.

המדבקה החדשה מיועדת לשאת מספר תרופות שונות שניתן לשחרר בזמנים שונים, בלוח זמנים מתוכנת מראש. במחקר על חולדות הראו החוקרים שטיפול זה הפחית את כמות רקמת הלב הפגועה ב-50 אחוזים ושיפר משמעותית את תפקוד הלב.

אם יאושר לשימוש בבני אדם, סוג זה של מדבקה יכול לעזור לנפגעי התקפי לב לשחזר יותר מתפקוד הלב שלהם ממה שניתן כעת, אומרים החוקרים.

כאשר מישהו סובל מהתקף לב חמור, רקמת הלב הפגועה אינה מתחדשת ביעילות, מה שמוביל לאובדן קבוע של תפקוד הלב. הרקמה שניזוקה לא מתאוששת. המטרה שלנו היא לשחזר את התפקוד הזה ולעזור לאנשים להחזיר לב חזק וגמיש יותר לאחר אוטם שריר הלב".

אנה Jaklenec, חוקרת ראשית במכון קוך של MIT לחקר סרטן אינטגרטיבי

Jaklenec ורוברט לנגר, פרופסור מכון דיוויד ה. קוך ב-MIT וחבר במכון קוך, הם המחברים הבכירים של המחקר החדש, המופיע היום ב תאים ביו-חומרים. פוסט דוקטורט לשעבר ב-MIT, אריקה וואנג, היא המחברת הראשית של המאמר.

מתן תרופות מתוכנת

לאחר התקף לב, חולים רבים עוברים ניתוח מעקפים, המשפר את זרימת הדם ללב אך אינו מתקן את רקמת הלב שניזוקה. במחקר החדש, צוות MIT רצה ליצור מדבקה שניתן להדביק על הלב במקביל לביצוע הניתוח.

תיקון זה, הם קיוו, יוכל לספק תרופות לאורך זמן ממושך כדי לקדם ריפוי רקמות. מחלות רבות, כולל מצבי לב, דורשות טיפול ספציפי לשלב, אך רוב המערכות משחררות תרופות בבת אחת. לידה מתוזמנת מסנכרנת טוב יותר את הטיפול עם ההחלמה.

"רצינו לראות אם אפשר לספק התערבות טיפולית מתוזמרת במדויק כדי לעזור לרפא את הלב, ממש במקום הנזק, בזמן שהמנתח כבר מבצע ניתוח לב פתוח", אומר ג'קלנק.

כדי להשיג זאת, החוקרים יצאו להתאים מיקרו-חלקיקים למתן תרופות שפיתחו בעבר, המורכבים מקפסולות הדומות לכוסות קפה זעירות עם מכסים. קפסולות אלו עשויות מפולימר הנקרא PLGA וניתן לאטום עם תרופה בפנים.

על ידי שינוי המשקל המולקולרי של הפולימרים המשמשים ליצירת המכסים, החוקרים יכולים לשלוט באיזו מהירות הם מתכלים, מה שמאפשר להם לתכנת את החלקיקים לשחרר את תוכנם בזמנים ספציפיים. עבור יישום זה, החוקרים תכננו חלקיקים שמתפרקים במהלך הימים 1-3, ימים 7-9, וימים 12-14 לאחר ההשתלה.

זה איפשר להם לתכנן משטר של שלוש תרופות המקדמות ריפוי לב בדרכים שונות. קבוצת החלקיקים הראשונה משחררת neuregulin-1, גורם גדילה המסייע במניעת מוות של תאים. בנקודת הזמן הבאה, חלקיקים משחררים VEGF, גורם גדילה המקדם היווצרות כלי דם המקיפים את הלב. אצווה החלקיקים האחרונה משחררת תרופה מולקולה קטנה בשם GW788388, המעכבת את היווצרות רקמת צלקת שעלולה להתרחש בעקבות התקף לב.

"כאשר רקמה מתחדשת, היא עוקבת אחר סדרת צעדים מתוזמנת בקפידה", אומר Jaklenec. "ד"ר וואנג יצר מערכת שמספקת רכיבים מרכזיים בדיוק בזמן הנכון, ברצף שבו הגוף משתמש באופן טבעי כדי לרפא."

החוקרים הטמיעו שורות של חלקיקים אלה לתוך יריעות דקות של הידרוג'ל קשיח אך גמיש, בדומה לעדשת מגע. הידרוג'ל זה עשוי מאלגינט ו-PEGDA, שני פולימרים ביו-תואמים שמתפרקים בסופו של דבר בגוף. עבור מחקר זה, החוקרים יצרו טלאים קומפקטיים ומיניאטוריים בקוטר של מילימטרים בודדים בלבד.

"אנחנו עוטמים מערכים של חלקיקים אלה במדבקת הידרוג'ל, ואז נוכל להשתיל את המדבקה הזו בלב בניתוח. בדרך זו, אנחנו באמת מתכנתים את הטיפול בחומר הזה", אומר וואנג.

תפקוד לב טוב יותר

ברגע שהם יצרו את המדבקות הללו, החוקרים בדקו אותם על כדורים של רקמת לב שכללו קרדיומיוציטים שנוצרו מתאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים. כדורים אלו כללו גם תאי אנדותל ופיברובלסטים לבביים חדריים אנושיים, שהם גם מרכיבים חשובים של הלב.

החוקרים חשפו את הכדורים הללו לתנאים דלי חמצן, חיקו את ההשפעות של התקף לב, ואז הניחו את המדבקות מעליהם. הם גילו שהמדבקות קידמו צמיחת כלי דם, עזרו ליותר תאים לשרוד והפחיתו את כמות הפיברוזיס שהתפתחה.

בבדיקות במודל חולדה של התקף לב, החוקרים ראו גם שיפורים משמעותיים בעקבות טיפול במדבקה. בהשוואה ללא טיפול או הזרקת IV של אותן תרופות, בעלי חיים שטופלו במדבקה הראו שיעורי הישרדות גבוהים ב-33 אחוזים, ירידה של 50 אחוז בכמות הרקמה הפגועה והגדלה משמעותית של תפוקת הלב.

החוקרים הראו שהמדבקות בסופו של דבר יתמוססו עם הזמן, ויהפכו לשכבה דקה מאוד במהלך שנה מבלי לשבש את התפקוד המכני של הלב.

"זוהי דרך חשובה לשלב מתן תרופות וחומרים ביולוגיים לטיפולים פוטנציאליים חדשים לחולים", אומר לנגר.

מבין התרופות שנבדקו במחקר זה, neuregulin-1 ו-VEGF נבדקו בניסויים קליניים לטיפול במצבי לב, אך GW788388 נחקר רק במודלים של בעלי חיים. החוקרים מקווים כעת לבדוק את המדבקות שלהם במודלים נוספים של בעלי חיים בתקווה להפעיל ניסוי קליני בעתיד.

הגרסה הנוכחית של המדבקה צריכה להיות מושתלת בניתוח, אבל החוקרים בוחנים את האפשרות לשלב את המיקרו-חלקיקים האלה בסטנטים שניתן יהיה להחדיר לעורקים כדי לספק תרופות בלוח זמנים מתוכנת.

מחברים נוספים של המאמר כוללים את אליזבת קאל, בינבין יינג, בהנאז אשאגי, לינזיקסואן ז'אנג, שין יאנג, סטייסי קיאוהוי לין, ג'ולי האן, אלנה בקקס, יוטינג הואאנג, סוויני מורסלובה, צ'והאן ג'ויס צ'י וי ליו.

החוקרים נתמכו על ידי מועצת המחקר למדעי הטבע וההנדסה של קנדה ומכון הלב, הריאות והדם הלאומי של ארה"ב.