Когда медицинские устройства имплантируются в организм, иммунная система часто нападает на них, производя рубцовой ткани вокруг устройства. Это скопление ткани, известное как фиброз, могут влиять на функционирование устройства.
Исследователи Массачусетского технологического института теперь придумали новый способ предотвращения фиброза происходит, путем включения кристаллизуется иммунодепрессанты лекарства в устройства. После имплантации, препарат медленно выделяется, чтобы ослабить иммунный ответ в окрестности устройства.
“Мы разработали кристаллизуется лекарственного препарата, предназначенных для ключевых игроков, участвующих в имплантации отказ, подавляя их локально и позволяя устройству работать в течение более чем года”, — говорит Шейди фарах, также Массачусетского технологического института и Бостонской детской больницы постдока и co-первый автор исследования, кто только начинает новую позицию как доцент Вольфсон факультета химической технологии и нанотехнологии Института Рассела Берри в Технионе-Израильский технологический институт.
Исследователи показали, что эти кристаллы могут значительно улучшить производительность инкапсулированных островковых клеток, которые они разрабатывают в качестве возможного лечения для пациентов с сахарным диабетом 1 типа. Такие кристаллы также могут быть применены для различных других имплантируемых медицинских устройств, таких как кардиостимуляторы, стенты, или датчики.
Бывший постдок в MIT Джошуа Doloff, сейчас доцент кафедры биомедицинских и материаловедения инженерной и член трансляционной клеточной и тканевой инженерии центра Университета Джонса Хопкинса Школы медицины, также ведущий автор бумаги, которая появляется в июне 24 вопроса из природных материалов. Дэниел Андерсон, доцент кафедры Массачусетского технологического института химического машиностроения и членом Института Коха Массачусетского технологического института для интегративного онкологического исследования и института для медицинского Инджиниринга и науки (ИМЭС), старший автор статьи.
Кристаллический препарат
Лаборатория Андерсона-это один из многих исследовательских групп работают над способами инкапсуляции островковых клеток и пересадить их в больных сахарным диабетом, в надежде, что такие клетки могут заменить пациентов гормонально-клеток поджелудочной железы и избавиться от необходимости ежедневных инъекций инсулина.
Фиброз является основным препятствием для такого подхода, потому что рубцовая ткань может блокировать доступ к островковых клеток в кислороде и питательных веществах. В 2017 изучения, Anderson и его коллеги показали, что системное введение препарата, который блокирует клеточные рецепторы для белка, называемого ФГО-1 может предотвратить фиброз, подавляя иммунный ответ на имплантированных устройств. Этот препарат мишеней иммунных клеток, называемых макрофагами, которые являются основными клетками-инициаторами воспаления, что приводит к фиброзу.
“Эта работа была направлена на выявление следующего поколения мишеней препарата, а именно, какая ячейка и игроков цитокинов были необходимы для фиброзных ответ”, — говорит Doloff, который был ведущим автор на изучении, которое также участвует Фарах. Он добавляет, “После того, как узнал, что у нас было с целью блокировать фиброз и скрининга лекарств-кандидатов, необходимое для этого, нам еще предстояло найти изощренный способ достижения локальной доставки и выпустить как можно дольше.”
В новом исследовании ученые задались целью найти способ, чтобы загрузить наркотиками прямо на имплантируемым устройством, чтобы не давать пациентам препараты, что бы подавить всю их иммунную систему.
“Если у вас есть небольшое устройство имплантируется в вашем теле, вы не хотите, чтобы ваше тело подвергается воздействию препаратов, влияющих на иммунную систему, и поэтому мы заинтересованы в создании пути освобождения от наркотиков от самого устройства,” говорит Андерсон.
Чтобы добиться этого, исследователи решили попробовать кристаллизации препаратов и затем включать их в устройство. В данном молекулы препарата, чтобы быть очень плотно упакован, что позволяет препарат-выпускать устройство будет миниатюризировать. Еще одним преимуществом является то, что кристаллы долго растворяются, позволяя долгосрочные поставки наркотиков. Не каждый препарат может быть легко кристаллизуется, но исследователи обнаружили, что ФГО-1 и АБС битор приемного устройства, которые они использовали, могут образовывать кристаллы и что они могут контролировать размер и форму кристалла, которая определяет, сколько времени требуется для наркотиков, чтобы сломать попав в организм.
“Мы показали, что лекарства отпускают очень медленно и в управляемом режиме”, — говорит Фарах. “Мы взяли эти кристаллы и поместить их в различных видах техники и показали, что с помощью этих кристаллов, мы можем позволить медицинские устройства должны быть защищены в течение длительного времени, что позволяет устройству быть в рабочем состоянии.”
Инкапсулированные островковые клетки
Чтобы проверить правильность этих кристаллических лекарственных препаратов может повысить эффективность инкапсулированных островковых клеток, исследователи включили кристаллов препарата в 0.5-мм-Диаметр сферы альгинат, который они использовали для инкапсуляции клеток. Когда эти сферы были пересажены в брюшную полость или под кожу диабетических мышей, они остались фиброз-бесплатная больше года. За это время мыши не нужны никакие инъекции инсулина, как островковые клетки были способны контролировать уровень сахара в крови так как поджелудочная железа обычно.
“В течение последних трех лет, наш коллектив опубликовал семь статей в Nature журналов — это седьмой — выяснение механизмов биологической совместимости,” говорит Роберт Лангер, профессор Института Коха в Массачусетском технологическом институте и автор статьи. “Они включают понимание ключевых клеток и участвуют рецепторы, оптимальной геометрии имплантата и физического местоположения в теле, и сейчас, в работе специфических молекул, которые могут придать биосовместимость. Взятые вместе, мы надеемся, что эти документы будут открыты двери для нового поколения биомедицинских имплантатов для лечения сахарного диабета и других заболеваний”.
Исследователи полагают, что это должно быть возможным, чтобы создать кристаллы, которые длятся дольше, чем те, которые они изучали в этих экспериментах, путем изменения структуры и состава кристаллов препарата. Такие составы также могут быть использованы для предотвращения фиброза других типов имплантируемых устройств. В этом исследовании ученые показали, что кристаллический препарат может быть включен в ПДМС, полимер, часто используемые для медицинских приборов, и может также быть использована для покрытия элементов сенсора глюкозы и электростимуляция мышц прибор, который относят такие материалы, как пластик и металл.
“Это было не только полезно для нашего островка клеточной терапии, но также может быть полезно, чтобы помочь вам целый ряд различных устройств для работы долгосрочные”, — говорит Андерсон.
Исследование финансировалось сайту jdrf, Национальные институты здравоохранения, Леоны М. и Гарри Б. Хелмсли благотворительный фонд, и Tayebati семейного фонда.
Другие авторы бумаги включают МИТ главный научный сотрудник Петер Мюллер; МИТ-аспирантов Н Атыя Sadraei и Малия Макэвой; исследование MIT партнерской Хе Чон Хан, бывший постдок МИТ Кэти Олафсон; МИТ технического связать Кэвал Вьяс; бывший выпускник Массачусетского института технологий студент вуза Хок там; МИТ постдок Петр Ковальский, экс-МИТ магистрантов Марисса Гриффин и Эшли Мэн; Дженнифер Холлистер-Лок и Гордон Вейр из Джослин диабета центр; Адам Грэм Гарвардского университета; Джеймс Макгеригл и Хосе Oberholzerбыл из Университета штата Иллинойс в Чикаго; и Дейл Грайнер из Медицинской школы Университета Массачусетса.
