Badania: inteligentne szwy chirurgiczne wykryją stan zapalny i uwolnią leki

Ten tekst przeczytasz w 3 min.

Inżynierowie z Massachusetts Institute of Technology (MIT) opracowali „inteligentne” szwy chirurgiczne, które nie tylko utrzymują tkankę na właściwym miejscu, ale potrafią również wykryć stan zapalny świadczący o nieprawidłowym gojeniu, a także uwalniać leki. Rozwiązanie może być ogromnym wsparciem dla pacjentów po operacjach, takich jak resekcja jelita.

Tworząc „inteligentne” szwy naukowcy zainspirowali się katgutem, czyli nićmi chirurgicznymi opracowanymi tysiące lat temu. Są one wytwarzane z włókien oczyszczanego kolagenu pochodzącego z jelit krowich, baranich lub kozich. Nici cechują się dobrą wytrzymałością mechaniczną, a po koło 90 dniach ulegają wchłonięciu przez organizm pacjenta, a więc nie trzeba ich usuwać. Podobnych nici używał już działający w starożytnym Rzymie sławny grecki lekarz Galen. Obecnie dostępne są również syntetycznie wchłanialne szwy, jednak katgut wciąż używany jest w wielu dziedzinach chirurgii.

Rozwiązanie szczególnie przydatne dla pacjentów z chorobą Leśniowskiego-Crohna

Zespół amerykańskich inżynierów z MIT pokrył szwy hydrożelem, w którym umieścić można czujniki, leki, a nawet komórki uwalniające lecznicze cząsteczki.

– Mamy szew pochodzenia biologicznego zmodyfikowany powłoką hydrożelową, która może być rezerwuarem dla czujników stanu zapalnego lub leków, takich jak przeciwciała monoklonalne do leczenia stanu zapalnego. Co ciekawe, powłoka ma również zdolność zatrzymywania komórek, które są zdolne do życia przez dłuższy czas – wyjaśnił Giovanni Traverso, profesor nadzwyczajny inżynierii mechanicznej na MIT, gastroenterolog w Brigham and Women’s Hospital oraz starszy autor badania.

Szwy opracowane przez naukowców mogą być szczególnie przydatne dla pacjentów z chorobą Leśniowskiego-Crohna, u których konieczne jest usunięcie części jelita z powodu niedrożności spowodowanej nadmiernym bliznowaceniem albo stanem zapalny. U chorych po operacji należy również uszczelnić oba końce pozostawione po usunięciu odcinka jelita. Jeżeli szew nie trzyma mocno, może to doprowadzić do konsekwencji niebezpiecznych dla pacjenta.

Szwy wzbogacone o dodatkowe funkcje

Nowe szwy powstały ze świńskiej tkanki, którą pozbawiono komórek za pomocą detergentów, co zmniejsza ryzyko wywołania stanu zapalnego w organizmie gospodarza. Materiał ten zawiera białko strukturalne, takie jak kolagen, a także inne biomolekuły znajdujące się w macierzy pozakomórkowej, która otacza komórki.  Otrzymaną tkankę odwodniono, a następnie skręcono ją w pasma – pozwoliło to ekspertom ocenić wytrzymałość na rozciąganie. Jak się okazało – było ono porównywalne z dostępnymi na rynku szwami katgutowymi. Jednocześnie nowy szew wywołał znacznie słabszą odpowiedź immunologiczną w otaczającej tkance w porównaniu z tradycyjnym szwem.

– Tkanki pozbawione komórek były szeroko stosowane w medycynie regeneracyjnej ze względu na ich doskonałą biofunkcjonalność – podkreślił jeden z głównych autorów, Jung Seung Lee (obecnie adiunkt na Sungkyunkwan University, Korea).

Nici zostały wzbogacone o dodatkowe funkcje, dlatego w tym celu pokryto je warstwą hydrożelu, zawierającą żywe komórki. Z kolei rolę czujników pełnią pokryte peptydami mikrocząsteczki, które są uwalniane, gdy w tkance obecne są enzymy związane ze stanem zapalnym, zwane metaloproteinazami macierzy pozakomórkowej (MMP).  Obecność peptydów uwalnianych przez te enzymy można w prosty sposób wykryć w moczu.

Dostarczanie leków i komórek

Autorzy badania wykazali, że powłokę hydrożelową można również użyć do przenoszenia leków stosowanych w leczeniu nieswoistych zapaleń jelit, takich jak steroid, zwany deksametazonem, czy przeciwciała monoklonalne, zwane adalimumabem. Leki te zostały umieszczone w mikrokapsułkach wykonanych z dopuszczonych do użycia w medycynie biodegradowalnych polimerów, takich jak PLA czy PLGA. W ten sposób do tkanek można również dostarczać inne rodzaje leków, np. antybiotyki czy chemioterapeutki.

Inteligentne szwy można również wykorzystać w celu dostarczania terapeutycznych komórek, np. komórek macierzystych. Naukowcy badając tę możliwość przyłączyli do nici komórki macierzyste wyposażone we fluorescencyjny marker i odkryli, że pozostawały one żywe przez co najmniej siedem dni po wszczepieniu myszom. Komórki były także zdolne do wytwarzania czynnika wzrostu śródbłonka naczyniowego (VEGF), stymulującego rozwój naczyń krwionośnych.

Inżynierowie wciąż prowadzą prace nad „inteligentnymi” szwami i testują każde z możliwych zastosowań, a także opracowują zwiększenie skali produkcji nici chirurgicznych. Eksperci mają nadzieję, że rozwiązanie będzie można zastosować również zakładając szwy poza układem pokarmowym.

Źródło: gazetaprawna.pl