Εμπνευσμένοι από ράμματα που αναπτύχθηκαν πριν από χιλιάδες χρόνια, μηχανικοί από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (MIT) σχεδίασαν «έξυπνα» ράμματα που όχι μόνο κρατούν τον ιστό στη θέση του, αλλά ανιχνεύουν τη φλεγμονή και απελευθερώνουν φάρμακα.
Πριν από χιλιάδες χρόνια, οι Ρωμαίοι ανέπτυξαν ράμματα από στριμμένα έντερα φυτοφάγων ζώων και τα ονόμασαν catgut. Ήταν ράμματα που διαλύονταν σταδιακά στον οργανισμό μέσα σε περίπου 90 ημέρες, χωρίς να χρειάζονταν αφαίρεση. Σε μια σύγχρονη εκδοχή, η ομάδα του MIT δημιούργησε ράμματα catgut μόνο από καθαρό κολλαγόνο - ένα κύριο συστατικό του συνδετικού ιστού που προέρχεται από αγελάδες, πρόβατα ή κατσίκες-και τα επικάλυψε με τζελ στο οποίο μπορούν να ενσωματωθούν αισθητήρες, φάρμακα ή ακόμα και κύτταρα που απελευθερώνουν θεραπευτικά μόρια.
Τα ράμματα που ανέπτυξαν οι ερευνητές από το MIT είναι ανθεκτικά και απορροφήσιμα και διαθέτουν προηγμένα χαρακτηριστικά. Οι επιστήμονες εστίασαν αρχικά στη δημιουργία ενός προηγμένου ράμματος που θα βελτίωνε τα αποτελέσματα της χειρουργικής επέμβασης για τη νόσο του Crohn, που είναι μια φλεγμονώδης κατάσταση του εντέρου. Μερικοί ασθενείς χρειάζονται χειρουργική επέμβαση για την αφαίρεση τμήματος του κατεστραμμένου εντέρου τους, η οποία περιλαμβάνει τη συρραφή των δύο εναπομεινάντων εντερικών άκρων μαζί. Εάν η συρραφή αποτύχει μπορεί να έχει καταστροφικά αποτελέσματα για τον ασθενή.
Το «έξυπνο» αυτό ράμμα θα μπορούσε να κρατήσει αποτελεσματικά τον ιστό στη θέση του και να ανιχνεύσει τη φλεγμονή, που αποτελεί ένδειξη ότι τα έντερα δεν επουλώνονται όπως θα έπρεπε.
Εφαρμογές για φλεγμονές, χορήγηση φαρμάκων και κυτταρική θεραπεία
Οι ερευνητές ανέπτυξαν τα νέα ράμματα από ένα υλικό χωρίς κύτταρα που ονομάζουν «De-gut», το οποίο προέρχεται από επεξεργασμένο ιστό χοίρου. Κατά την επεξεργασία του ιστού αφαιρούνται τα κύτταρα, αφήνοντας πίσω το υλικό του εντέρου που αποτελείται από κολλαγόνο και από άλλα βιομόρια που σχηματίζουν την εξωκυτταρική μήτρα του ιστού. Αυτό μειώνει τον κίνδυνο πρόκλησης φλεγμονής όταν χρησιμοποιείται σε ασθενείς. Το υλικό αυτό στεγνώνει και στρίβεται για να σχηματιστούν τα νέα ράμματα. Πειράματα που μέτρησαν την αντοχή τους έδειξαν ότι ήταν συγκρίσιμη με τα τυπικά ράμματα catgut.
Έχοντας αποδείξει την ανθεκτικότητα των ραμμάτων, οι ερευνητές προσέδωσαν τις προηγμένες λειτουργίες τους προσθέτοντας μια επίστρωση τζελ ικανή να μεταφέρει διάφορους τύπους φορτίου. Τα μικροσωματίδια που είναι ενσωματωμένα μέσα στην υδρογέλη μπορούν να εξυπηρετήσουν διάφορες λειτουργίες, όπως να αντιληφθούν τη φλεγμονή, να παράσχουν φαρμακευτικά μόρια και να μεταφέρουν ζωντανά κύτταρα.
Για να λειτουργήσουν ως αισθητήρες, τα μικροσωματίδια στην υδρογέλη επικαλύφθηκαν με πεπτίδια τα οποία απελευθερώνονται παρουσία κάποιων ενζύμων (MMPs) που διεγείρονται από τη φλεγμονή. Τα πεπτίδια που απελευθερώνονται μπορούν στη συνέχεια να ανιχνευθούν στα ούρα για να υποδηλώσουν φλεγμονή στο σημείο του ράμματος.
Για τη χορήγηση φαρμάκων, η υδρογέλη επικαλύφθηκε με το στεροειδές φάρμακο δεξαμεθαζόνη και με το φάρμακο μονοκλωνικού αντισώματος adalimumab, τα οποία χρησιμοποιούνται και τα δύο στη φλεγμονώδη νόσο του εντέρου. Μικροσωματίδια κατασκευασμένα από πολυμερή εγκεκριμένα από τον FDA εξασφάλισαν την απελευθέρωση των φαρμάκων με ελεγχόμενο ρυθμό.
Παράλληλα με τις φαρμακευτικές θεραπείες, αυτά τα «έξυπνα» ράμματα μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν και για τη χορήγηση κυτταρικών θεραπειών, συμπεριλαμβανομένων των βλαστοκυττάρων. Οι ερευνητές ενσωμάτωσαν στα ράμματα βλαστοκύτταρα σημασμένα με δείκτη φθορισμού και επιβεβαίωσαν με μελέτες σε ποντίκια ότι αυτά τα βλαστοκύτταρα παρέμειναν βιώσιμα για τουλάχιστον επτά ημέρες και ήταν ικανά να παραγάγουν αυξητικούς παράγοντες.
«Οι ιστοί χωρίς κύτταρα έχουν χρησιμοποιηθεί εκτενώς στην αναγεννητική ιατρική εξαιτίας της εξαιρετικής βιολειτουργικότητά τους», λέει ο Δρ Jung Seung Lee, συν-επικεφαλής συγγραφέας της εργασίας. «Προτείνουμε τώρα μια νέα πλατφόρμα για την ανίχνευση και παράδοση ουσιών χρησιμοποιώντας τέτοιο ιστό, η οποία θα ανοίξει νέες προοπτικές για εφαρμογές υλικών που προέρχονται από ιστούς».
Το μέλλον των «έξυπνων» ραμμάτων
«Αυτό που έχουμε τώρα είναι ένα ράμμα βιολογικής προέλευσης, τροποποιημένο με μια επίστρωση υδρογέλης ικανή να λειτουργεί ως μια δεξαμενή αισθητήρων για φλεγμονές ή για φάρμακα όπως τα μονοκλωνικά αντισώματα. Είναι αξιοσημείωτο ότι η επίστρωση έχει επίσης την ικανότητα να διατηρεί βιώσιμα τα κύτταρα για παρατεταμένη χρονική περίοδο», σχολίασε ο Δρ. Τζιοβάνι Τραβέρσο , αναπληρωτής καθηγητής μηχανολογίας στο MIT και ανώτερος συγγραφέας της μελέτης.
Τώρα, η ομάδα σχεδιάζει μια πιο λεπτομερή δοκιμή αυτών των πολλά υποσχόμενων εφαρμογών και την κλιμάκωση της διαδικασίας κατασκευής ραμμάτων. Οι συγγραφείς σημειώνουν επίσης ότι αυτή η προσέγγιση έχει τη δυνατότητα να προσαρμοστεί στην παροχή και άλλων ειδών φαρμάκων, συμπεριλαμβανομένων των αντιβιοτικών ή της χημειοθεραπείας. Σε μελλοντικές μελέτες, ελπίζουν να διερευνήσουν τη χρήση αυτών των ραμμάτων και σε άλλες περιοχές του σώματος, όχι μόνο στη γαστρεντερική οδό.
Η έρευνα δημοσιεύεται στο Matter .
photo credits: ΜΙΤ
