Cuando los dispositivos médicos se implantan en el cuerpo, el sistema inmunitario a menudo los ataca, produciendo tejido cicatricial alrededor del dispositivo. Esta acumulación de tejido, conocida como fibrosis, puede interferir con la función del dispositivo.
Los investigadores del MIT ahora han encontrado una nueva forma de prevenir la fibrosis, incorporando un fármaco inmunosupresor cristalizado en los dispositivos. Después de la implantación, el fármaco se secreta lentamente para amortiguar la respuesta inmune en el área que rodea el dispositivo.
"Desarrollamos una formulación de fármaco cristalizado que puede apuntar a los jugadores clave involucrados en el rechazo del implante, suprimiéndolos localmente y permitiendo que el dispositivo funcione durante más de un año", dice Shady Farah, un MIT y el Boston Post y el Boston Children's Hospital.-primer autor del estudio, que pronto comenzará un nuevo puesto como profesor asistente de la Facultad de Ingeniería Química Wolfson y el Instituto de Nanotecnología Russell Berrie en el Instituto Tecnológico Technion-Israel.
Los investigadores mostraron que estos cristales podrían mejorar drásticamente el rendimiento de las células de los islotes encapsulados, que están desarrollando como un posible tratamiento para pacientes con diabetes tipo 1. Dichos cristales también podrían aplicarse a una variedad de otros dispositivos médicos implantables, comomarcapasos, stents o sensores.
El ex postdoc MIT Joshua Doloff, ahora profesor asistente de Ingeniería Biomédica y Ciencia de los Materiales y miembro del Centro de Ingeniería de Tejidos Traslacionales en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins, también es autor principal del artículo, que aparece en la edición del 24 de juniode Materiales de la naturaleza . Daniel Anderson, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Química del MIT y miembro del Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer y el Instituto de Ingeniería y Ciencia Médicas IMES del MIT, es el autor principal del artículo.
droga cristalina
El laboratorio de Anderson es uno de los muchos grupos de investigación que trabajan para encapsular las células de los islotes y trasplantarlas en pacientes diabéticos, con la esperanza de que esas células puedan reemplazar las células pancreáticas que no funcionan y eliminar la necesidad de inyecciones diarias de insulina.
La fibrosis es un obstáculo importante para este enfoque, porque el tejido cicatricial puede bloquear el acceso de las células de los islotes al oxígeno y los nutrientes. En un estudio de 2017, Anderson y sus colegas mostraron que la administración sistémica de un medicamento que bloquea los receptores celulares de una proteínallamado CSF-1 puede prevenir la fibrosis al suprimir la respuesta inmune a los dispositivos implantados. Este medicamento se dirige a las células inmunes llamadas macrófagos, que son las células principales responsables de iniciar la inflamación que conduce a la fibrosis.
"Ese trabajo se centró en identificar los objetivos farmacológicos de próxima generación, a saber, qué jugadores de células y citocinas eran esenciales para la respuesta fibrótica", dice Doloff, quien fue el autor principal de ese estudio, que también involucró a Farah. Él agrega: "Despuéssabiendo a lo que teníamos que dirigirnos para bloquear la fibrosis, y la detección de los candidatos a fármacos necesarios para hacerlo, aún teníamos que encontrar una forma sofisticada de lograr el parto y la liberación local durante el mayor tiempo posible ".
En el nuevo estudio, los investigadores se propusieron encontrar una manera de cargar el medicamento directamente en un dispositivo implantable, para evitar dar a los pacientes medicamentos que suprimirían todo su sistema inmunológico.
"Si tiene un pequeño dispositivo implantado en su cuerpo, no desea que todo su cuerpo esté expuesto a medicamentos que están afectando el sistema inmune, y es por eso que nos ha interesado crear formas de liberar medicamentos deldispositivo en sí mismo ", dice Anderson.
Para lograr eso, los investigadores decidieron intentar cristalizar los medicamentos y luego incorporarlos al dispositivo. Esto permite que las moléculas del medicamento estén muy apretadas, permitiendo que el dispositivo de liberación del medicamento se miniaturice. Otra ventaja es que los cristales toman unmucho tiempo para disolverse, lo que permite el suministro a largo plazo del fármaco. No todos los fármacos pueden cristalizarse fácilmente, pero los investigadores descubrieron que el inhibidor del receptor CSF-1 que estaban usando puede formar cristales y que pueden controlar el tamaño y la forma de los cristales, que determina cuánto tiempo tarda el medicamento en descomponerse una vez en el cuerpo.
"Mostramos que las drogas se liberaron muy lentamente y de manera controlada", dice Farah. "Tomamos esos cristales y los colocamos en diferentes tipos de dispositivos y demostramos que con la ayuda de esos cristales, podemos permitir que el dispositivo médicoestar protegido durante mucho tiempo, permitiendo que el dispositivo siga funcionando "
células de islotes encapsulados
Para probar si estas formulaciones cristalinas del fármaco podrían aumentar la efectividad de las células de los islotes encapsulados, los investigadores incorporaron los cristales del fármaco en esferas de alginato de 0,5 milímetros de diámetro, que utilizaron para encapsular las células. Cuando estas esferas se trasplantaron al abdomeno debajo de la piel de los ratones diabéticos, permanecieron libres de fibrosis durante más de un año. Durante este tiempo, los ratones no necesitaron inyecciones de insulina, ya que las células de los islotes pudieron controlar sus niveles de azúcar en la sangre como lo haría normalmente el páncreas.
"En los últimos tres años, nuestro equipo ha publicado siete artículos en Naturaleza revistas, esta es la séptima, aclara los mecanismos de biocompatibilidad ", dice Robert Langer, profesor del Instituto David H. Koch en el MIT y autor del artículo." Esto incluye una comprensión de las células y receptores clave involucrados, geometrías óptimas de implantes y ubicaciones físicas en el cuerpo, y ahora, en este documento, moléculas específicas que pueden conferir biocompatibilidad. En conjunto, esperamos que estos documentos abran la puerta a una nueva generación de implantes biomédicos para tratar la diabetes y otras enfermedades."
Los investigadores creen que debería ser posible crear cristales que duren más que los que estudiaron en estos experimentos, alterando la estructura y composición de los cristales del fármaco. Dichas formulaciones también podrían usarse para prevenir la fibrosis de otros tipos de dispositivos implantablesEn este estudio, los investigadores mostraron que el fármaco cristalino podría incorporarse al PDMS, un polímero utilizado con frecuencia para dispositivos médicos, y también podría usarse para recubrir componentes de un sensor de glucosa y un dispositivo eléctrico de estimulación muscular, que incluyen materiales como el plástico.y metal.
"No solo fue útil para nuestra terapia con células de los islotes, sino que también podría ser útil para ayudar a que varios dispositivos diferentes funcionen a largo plazo", dice Anderson.
La investigación fue financiada por JDRF, los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación de Caridad de Leona M. y Harry B. Helmsley, y la Fundación de la Familia Tayebati.
Otros autores del artículo incluyen al investigador principal del MIT Peter Muller; los estudiantes graduados del MIT Atieh Sadraei y Malia McAvoy; la filial de investigación del MIT Hye Jung Han; el ex postdoc del MIT Katy Olafson; el asociado técnico del MIT Keval Vyas; el ex alumno del MIT Hok Hei Tam; Postdoctorado del MIT Piotr Kowalski; ex alumnas del MIT Marissa Griffin y Ashley Meng; Jennifer Hollister-Locke y Gordon Weir del Centro de Diabetes Joslin; Adam Graham de la Universidad de Harvard; James McGarrigle y José Oberholzer de la Universidad de Illinois en Chicago; y Dale Greinerde la Facultad de Medicina de la Universidad de Massachusetts.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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