Inżynierowie z Massachusetts Institute of Technology (MIT) opracowali elastyczny plaster terapeutyczny, który można umieścić bezpośrednio na sercu po zawale mięśnia sercowego. Urządzenie to dostarcza leki w sposób zaprogramowany czasowo, wspierając regenerację uszkodzonej tkanki i poprawiając funkcję serca.
W badaniach na szczurach nowa metoda zmniejszyła obszar martwicy mięśnia sercowego o 50% i znacząco poprawiła wydolność serca. Jeśli technologia zostanie zatwierdzona do stosowania u ludzi, może umożliwić pacjentom po zawale odzyskanie większej sprawności serca niż obecnie osiągalna.
– Gdy dochodzi do zawału, uszkodzona tkanka mięśniowa nie regeneruje się efektywnie, co prowadzi do trwałej utraty funkcji serca – wyjaśnia dr Ana Jaklenec z Koch Institute for Integrative Cancer Research przy MIT. – Naszym celem jest przywrócenie tej funkcji i wzmocnienie serca po zawale.
Autorami pracy opublikowanej w Cell Biomaterials są dr Ana Jaklenec, prof. Robert Langer oraz główna autorka – dr Erika Wang.
Programowalne uwalnianie leków
Po zawale pacjenci często wymagają operacji pomostowania aortalno-wieńcowego, która poprawia przepływ krwi, lecz nie regeneruje uszkodzonej tkanki. Zespół z MIT postanowił stworzyć plaster, który można zaaplikować w trakcie takiej operacji, by w kolejnych dniach dostarczał leki wspomagające gojenie.
W większości systemów farmakologicznych leki uwalniane są jednocześnie, natomiast nowy plaster umożliwia precyzyjnie zaplanowane, sekwencyjne dostarczanie substancji. Do jego budowy wykorzystano mikrokapsułki z polimeru PLGA, przypominające mikroskopijne kubeczki z przykrywkami. Czas rozkładu tych przykrywek zależy od masy cząsteczkowej polimeru, co pozwala kontrolować moment uwolnienia leku.
Zaprogramowane kapsułki uwalniają trzy substancje w różnych fazach po implantacji:
- w dniach 1–3 – neuregulinę-1, czynnik wzrostu chroniący komórki przed obumarciem,
- w dniach 7–9 – VEGF, czynnik wzrostu naczyń krwionośnych,
- w dniach 12–14 – GW788388, małocząsteczkowy inhibitor zapobiegający tworzeniu się blizn w mięśniu sercowym.
– Regeneracja tkanek przebiega etapowo – mówi dr Jaklenec. – Dr Wang opracowała system, który odtwarza naturalny rytm gojenia, dostarczając leki dokładnie w odpowiednich momentach.
Mikrokapsułki umieszczono w cienkiej, elastycznej warstwie hydrożelu z alginianu i PEGDA, przypominającej soczewkę kontaktową. Tak przygotowany plaster o średnicy kilku milimetrów można chirurgicznie zaimplantować na powierzchni serca.
Poprawa funkcji serca i regeneracji
Skuteczność opracowanego systemu oceniano na modelach tkankowych i zwierzęcych. W hodowlach sfer sercowych zawierających kardiomiocyty, komórki śródbłonka i fibroblasty, plaster stymulował tworzenie nowych naczyń, zwiększał przeżywalność komórek i ograniczał włóknienie.
W modelu zwierzęcym zawału u szczurów zastosowanie plastra zwiększyło przeżywalność o 33%, zmniejszyło obszar martwicy o połowę oraz istotnie poprawiło objętość wyrzutową serca w porównaniu z grupą kontrolną.
Z czasem materiał ulegał biodegradacji, po roku pozostawiając jedynie cienką, niezakłócającą pracy serca warstwę.
– To ważny przykład połączenia technologii biomateriałów i kontrolowanego uwalniania leków w celu stworzenia nowych terapii – podkreśla prof. Robert Langer.
Dwa z trzech zastosowanych leków – neuregulina-1 i VEGF – były już testowane klinicznie w terapii chorób serca. Trzeci, GW788388, dotychczas badano tylko na zwierzętach. Naukowcy planują dalsze eksperymenty przedkliniczne i ostatecznie próbę kliniczną.
Aktualna wersja plastra wymaga implantacji chirurgicznej, jednak trwają prace nad integracją mikrokapsułek z stentami naczyniowymi, które mogłyby uwalniać leki według zaprogramowanego harmonogramu bez konieczności otwierania klatki piersiowej.
Źródło: Cell Biomaterials, “TIMED (Temporal Intervention with Micro-Particle Encapsulation and Delivery): A Programmed Release System for Post-Myocardial Infarction Therapy”
DOI: 10.1016/j.celbio.2025.100249
