Para las personas que sobreviven a un ataque cardíaco, los días inmediatamente posteriores al evento son críticos para su longevidad y la curación a largo plazo del tejido cardíaco. Ahora los investigadores de la Universidad Northwestern y la Universidad de California en San Diego UC San Diego han diseñadouna plataforma mínimamente invasiva para administrar un nanomaterial que convierte la respuesta inflamatoria del cuerpo en una señal de curación en lugar de un medio de cicatrización después de un ataque cardíaco.
Las estrategias de ingeniería tisular para reemplazar o suplementar la matriz extracelular que se degrada después de un ataque cardíaco no son nuevas, pero la mayoría de los hidrogeles prometedores no se pueden administrar al corazón usando un suministro de catéter mínimamente invasivo porque obstruyen el tubo. El equipo de Northwestern-UC San Diegoha demostrado una forma novedosa de administrar una sustancia bioactivada, biodegradable y regenerativa a través de un catéter no invasivo sin obstrucción.
La investigación, que se realizó in vivo en un modelo de rata, se publicó recientemente en la revista Comunicaciones de la naturaleza . Nathan C. Gianneschi de Northwestern y Karen Christman de UC San Diego son los co-investigadores principales.
"Esta investigación se centró en la construcción de una plataforma dinámica, y la belleza es que este sistema de entrega ahora se puede modificar para usar diferentes químicos o terapias", dijo Gianneschi.
Gianneschi es profesor de Jacob y Rosaline Cohn en el departamento de química en el Colegio de Artes y Ciencias de Weinberg y en los departamentos de ciencia e ingeniería de materiales y de ingeniería biomédica en la Escuela de Ingeniería McCormick.
Cuando una persona tiene un ataque cardíaco, la matriz extracelular se elimina y se forma tejido cicatricial en su lugar, disminuyendo la funcionalidad del corazón. Debido a esto, la mayoría de los sobrevivientes de ataques cardíacos tienen algún grado de enfermedad cardíaca, la principal causa de muerte enAmerica.
"Buscamos crear un enfoque basado en péptidos porque los compuestos forman nanofibras que se ven y actúan mecánicamente de manera muy similar a la matriz extracelular nativa. Los compuestos también son biodegradables y biocompatibles", dijo la primera autora Andrea Carlini. Ahora es becaria postdoctoralen el laboratorio de John Rogers, en el departamento de ciencia e ingeniería de materiales de Northwestern.
"La mayoría de las estrategias preclínicas se han basado en inyecciones directas en el corazón, pero debido a que esta no es una opción factible para los humanos, buscamos desarrollar una plataforma que se pueda administrar a través de un catéter intracoronario o transendocárdico", dijo Carlini, quien se graduóestudiante en el laboratorio de Gianneschi cuando se realizó el estudio.
Los péptidos son cadenas cortas de aminoácidos instrumentales para la curación. El enfoque del equipo se basa en un catéter para administrar péptidos autoensamblables, y finalmente terapéuticos, al corazón después de un infarto de miocardio o un ataque al corazón.
"Lo que hemos creado es un tipo de material de selección y respuesta", dijo Gianneschi, director asociado del Instituto Internacional de Nanotecnología de Northwestern y miembro del Instituto Simpson Querrey.
"Inyectamos una solución peptídica autoensamblable que busca un objetivo, la matriz extracelular dañada del corazón, y la solución es activada por el entorno inflamatorio y los geles", dijo. "La clave es tener elEl material crea un marco de autoensamblaje, que imita el andamio natural que mantiene unidas las células y los tejidos ".
La investigación preclínica del equipo se realizó en ratas y se dividió en dos pruebas de prueba de concepto. La primera prueba estableció que el material se podía alimentar a través de un catéter sin obstruir y sin interactuar con la sangre humana. La segunda determinó siel ensamblaje de péptidos podría encontrar el camino hacia el tejido dañado, evitando el tejido cardíaco sano. Los investigadores crearon y colocaron una etiqueta fluorescente en los péptidos autoensamblables y luego tomaron una imagen del corazón para ver dónde finalmente se asentaron los péptidos.
"En trabajos previos con nanopartículas sensibles, produjimos fluorescencia moteada en la región del ataque cardíaco, pero en este caso pudimos ver grandes conjuntos continuos de hidrogel en todo el tejido", dijo Carlini.
Los investigadores ahora saben que cuando quitan la etiqueta fluorescente y la reemplazan con una terapéutica, los péptidos autoensamblables se ubicarán en el área afectada del corazón. Un obstáculo es que la colocación del catéter en un modelo de roedor es mucho más complicada:debido al cuerpo mucho más pequeño del animal, que el mismo procedimiento en un humano. Esta es un área donde el laboratorio de Christman en UC San Diego tiene un conocimiento profundo.
Si el equipo de investigación puede demostrar que su enfoque es eficaz, entonces hay "un camino bastante claro" en términos de progreso hacia un ensayo clínico, dijo Gianneschi. Sin embargo, el proceso tomaría varios años.
"Comenzamos a trabajar en esta química en 2012, y se necesitó un esfuerzo inmenso para producir una plataforma modular y sintéticamente simple que se gelificara de manera confiable en respuesta al entorno inflamatorio", dijo Carlini. "Se produjo un gran avance cuando desarrollamos restricciones estéricaspéptidos cíclicos, que fluyen libremente durante el parto y luego se ensamblan rápidamente en hidrogeles cuando entran en contacto con enzimas asociadas a enfermedades ".
Al programar en un interruptor de resorte, Carlini pudo desplegar estos compuestos circulares naturales para crear una sustancia plana con mucha más superficie y mayor adherencia. El proceso crea condiciones para que los péptidos se autoensamblen o apilen mejor,uno encima del otro y forman el andamio que se parece tanto a la matriz extracelular nativa.
Después de demostrar la capacidad de la plataforma para activarse en presencia de enzimas asociadas a enfermedades específicas, el laboratorio de Gianneschi también ha validado enfoques análogos en la enfermedad arterial periférica y en el cáncer metastásico, cada uno de los cuales produce respuestas inflamatorias químicas y biológicas similares.
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Materiales proporcionado por Universidad del Noroeste . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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