مهندسان MIT پچ دارورسانی قابلکاشت برای ترمیم بافت قلب پس از سکته طراحی کردند!
مهندسان MIT یک پچ دارورسانی انعطافپذیر و قابلکاشت ساختهاند که میتواند پس از سکته قلبی روی سطح قلب قرار گیرد و با آزادسازی برنامهریزیشده چندین دارو، روند ترمیم و بازسازی بافت قلب را تقویت کند. این پچ قادر است داروها را در زمانهای مختلف و طبق یک برنامه درمانی دقیق آزاد کند. بر اساس یافتههای یک مطالعه روی مدل موش، این روش میزان بافت آسیبدیده قلب را به میزان ۵۰ درصد کاهش داده و عملکرد قلب را بهطور چشمگیری بهبود بخشیده است.
پژوهشگران میگویند اگر این فناوری برای استفاده در انسان تایید شود، میتواند به بیماران سکته قلبی کمک کند تا بخش قابلتوجهی از عملکرد قلبی خود را بازیابند؛ امری که در درمانهای کنونی بهسختی امکانپذیر است.
آنا یاکلنک، پژوهشگر ارشد مؤسسه کوخ MIT، میگوید:
«وقتی فردی دچار سکته قلبی شدید میشود، بافت آسیبدیده قلب بهطور طبیعی بازسازی نمیشود و این مسئله باعث از دست رفتن دائمی بخشی از عملکرد قلب میگردد. هدف ما این است که بتوانیم این عملکرد را بازگردانیم و به بیماران برای داشتن قلبی قویتر و مقاومتر پس از حمله قلبی کمک کنیم.»
این پژوهش که نتایج آن در مجله Cell Biomaterials منتشر شده، توسط آنا یاکلنک و رابرت لنگر، استاد مؤسسه کوخ MIT، هدایت شده است. اریکا وانگ، پژوهشگر سابق MIT، نویسنده اول این مقاله است.
دارورسانی برنامهریزیشده برای ترمیم مرحلهبهمرحله بافت قلب
پس از سکته قلبی، بسیاری از بیماران تحت عمل جراحی بایپس قرار میگیرند که جریان خون را بهبود میبخشد اما ترمیم بافت آسیبدیده قلب را به همراه ندارد. تیم MIT قصد داشت پچی بسازد که همزمان با انجام جراحی روی قلب قرار گیرد و امکان دارورسانی مرحلهمند و طولانیمدت را فراهم کند.
بسیاری از بیماریها، از جمله مشکلات قلبی، نیازمند درمانهای مرحلهای هستند؛ اما اغلب سامانههای دارورسانی موجود، دارو را یکباره آزاد میکنند. در مقابل، این پچ جدید امکان رهاسازی دقیق، زمانبندیشده و هماهنگ با روند طبیعی ترمیم را فراهم میکند.
یاکلنک میگوید:
«میخواستیم ببینیم آیا میتوانیم در حین جراحی قلب، درمانی کاملاً زمانبندیشده را مستقیماً در محل آسیب به کار ببریم تا روند ترمیم را بهتر هدایت کنیم.»
برای تحقق این هدف، محققان از میکروکپسولهای دارورسانی استفاده کردند که پیشتر در MIT توسعه یافته بود. این کپسولها که شبیه فنجانهای ریز قهوه با یک درپوش هستند، از پلیمر PLGA ساخته میشوند و با دارو پر شده و سپس مهر و موم میگردند. با تغییر وزن مولکولی پلیمرهای تشکیلدهنده درپوش، سرعت تجزیه کنترل شده و زمان آزادسازی دارو برنامهریزی میشود.
در این پروژه، سه دسته ذره طراحی شد که در سه بازه زمانی روزهای ۱–۳، ۷–۹ و ۱۲–۱۴ پس از کاشت، تجزیه شده و داروی خود را آزاد میکنند.
این طراحی امکان اجرای برنامه سهمرحلهای دارورسانی را فراهم کرد:
- نئورگلین-۱ برای پیشگیری از مرگ سلولی
- VEGF برای تحریک رگزایی و افزایش خونرسانی
- GW788388 برای جلوگیری از تشکیل بافت اسکار
یاکلنک توضیح میدهد:
«بازسازی بافت، یک فرآیند مرحلهبهمرحله و زمانبندیشده است. دکتر وانگ سیستمی طراحی کرده که هر جزء حیاتی را دقیقاً در زمانی که بدن برای ترمیم به آن نیاز دارد، آزاد میکند.»
محققان این میکروذرات را در صفحات نازک هیدروژلی انعطافپذیر جاسازی کردند که از آلژینات و PEGDA ساخته شده و در نهایت در بدن تجزیه میشوند. این پچها چند میلیمتر اندازه دارند و مانند یک لنز تماسی کوچک روی سطح قلب قرار میگیرند.
وانگ میگوید:
«ما آرایهای از این ذرات را داخل پچ هیدروژلی قرار میدهیم و سپس آن را روی قلب پیوند میزنیم. درواقع، درمان درون خود مواد برنامهریزی شده است.»
بهبود چشمگیر عملکرد قلب در مدل حیوانی
پس از ساخت این پچها، پژوهشگران آنها را روی اسفروئیدهای بافت قلبی آزمایش کردند که از کاردیومیوسیتهای مشتق از سلولهای بنیادی پرتوان القایی، به همراه سلولهای اندوتلیال و فیبروبلاستهای بطنی ساخته شده بودند. این بافتها در شرایط کماکسیژن، مشابه آسیب ناشی از سکته قلبی قرار گرفتند و سپس پچ روی آنها گذاشته شد.
نتایج نشان داد که استفاده از پچ به موارد زیر منجر میشود:
- افزایش رگزایی
- کاهش مرگ سلولی
- کاهش تشکیل فیبروز
در آزمایش روی مدل موش مبتلا به سکته قلبی، نتایج حتی چشمگیرتر بود:
- ۳۳٪ افزایش نرخ بقا
- ۵۰٪ کاهش بافت آسیبدیده
- افزایش قابلتوجه در برونده قلبی
پژوهشگران همچنین نشان دادند که پچ بهمرور زمان تجزیه میشود و طی یک سال به لایهای بسیار نازک تبدیل شده و هیچ اختلالی در عملکرد مکانیکی قلب ایجاد نمیکند.
رابرت لنگر میگوید:
«این رویکرد نشان میدهد چگونه میتوان با ترکیب مهندسی دارورسانی و بیومتریال، به درمانهای جدید و مؤثر برای بیماران دست یافت.»
از میان داروهای استفادهشده، نئورگلین-۱ و VEGF پیشتر در کارآزماییهای بالینی بررسی شدهاند؛ اما داروی GW788388 تاکنون تنها در مدلهای حیوانی آزمایش شده است. پژوهشگران اکنون در تلاشاند این پچ را در مدلهای حیوانی بزرگتر نیز بیازمایند تا در نهایت زمینه برای آزمایش بالینی انسانی فراهم شود.
نسخه فعلی پچ نیازمند کاشت جراحی است، اما تیم تحقیقاتی در حال بررسی امکان استفاده از استنتهای تزریقی با قابلیت دارورسانی برنامهریزیشده نیز هست.
این پژوهش با حمایت شورای تحقیقات علوم طبیعی و مهندسی کانادا و مؤسسه ملی قلب، ریه و خون آمریکا انجام شده است.
