O design evita o acúmulo de tecido cicatricial ao redor de implantes médicos – ScienceDaily

0
39


Dispositivos implantáveis ​​que liberam insulina no corpo são promissores como uma forma alternativa de tratar o diabetes sem injeções de insulina ou inserções de cânulas. No entanto, um obstáculo que impediu seu uso até agora é que o sistema imunológico os ataca após a implantação, formando uma espessa camada de tecido cicatricial que bloqueia a liberação de insulina.

Esse fenômeno, conhecido como resposta de corpo estranho, também pode interferir em muitos outros tipos de dispositivos médicos implantáveis. No entanto, uma equipe de engenheiros e colaboradores do MIT agora concebeu uma maneira de superar essa resposta. Em um estudo com camundongos, eles mostraram que, quando incorporaram a atuação mecânica em um dispositivo robótico macio, o dispositivo permaneceu funcional por muito mais tempo do que um implante típico de liberação de drogas.

O dispositivo é inflado e esvaziado repetidamente por cinco minutos a cada 12 horas, e essa deflexão mecânica impede que as células imunológicas se acumulem ao redor do dispositivo, descobriram os pesquisadores.

“Estamos usando esse tipo de movimento para prolongar a vida útil e a eficácia desses reservatórios implantados que podem fornecer medicamentos como insulina, e achamos que essa plataforma pode ser estendida além dessa aplicação”, diz Ellen Roche, Associada de Desenvolvimento de Carreira da Família Latham Professor de Engenharia Mecânica e membro do Instituto de Engenharia e Ciências Médicas do MIT.

Entre outras aplicações possíveis, os pesquisadores agora planejam ver se podem usar o dispositivo para fornecer células das ilhotas pancreáticas que poderiam atuar como um “pâncreas bioartificial” para ajudar a tratar o diabetes.

Roche é a coautora sênior do estudo, com Eimear Dolan, ex-pós-doutorado em seu laboratório que agora é membro do corpo docente da Universidade Nacional da Irlanda em Galway. Garry Duffy, também professor da NUI Galway, é um colaborador chave no trabalho, que aparece em Comunicações da Natureza. Os pós-doutorandos do MIT William Whyte e Debkalpa Goswami, e a acadêmica visitante Sophie Wang, são os principais autores do artigo.

Modulando células imunes

A maioria dos pacientes com diabetes tipo 1 e alguns com diabetes tipo 2 precisam injetar insulina diariamente. Alguns pacientes usam bombas de insulina vestíveis que estão presas à pele e fornecem insulina através de um tubo inserido sob a pele, ou adesivos que podem fornecer insulina sem um tubo.

Por muitos anos, os cientistas vêm trabalhando em dispositivos de liberação de insulina que podem ser implantados sob a pele. No entanto, as cápsulas fibrosas que se formam ao redor desses dispositivos podem levar à falha do dispositivo em semanas ou meses.

Os pesquisadores tentaram muitas abordagens para evitar a formação desse tipo de tecido cicatricial, incluindo a administração local de imunossupressores. A equipe do MIT adotou uma abordagem diferente que não requer nenhum medicamento – em vez disso, seu implante inclui um dispositivo robótico macio acionado mecanicamente que pode ser inflado e desinflado. Em um estudo de 2019, Roche e seus colegas (com Dolan como primeiro autor) mostraram que esse tipo de oscilação pode modular como as células imunes próximas respondem a um dispositivo implantado.

No novo estudo, os pesquisadores queriam ver se esse efeito imunomodulador poderia ajudar a melhorar a entrega de medicamentos. Eles construíram um dispositivo de duas câmaras feito de poliuretano, um plástico que tem elasticidade semelhante à matriz extracelular que envolve os tecidos. Uma das câmaras atua como um reservatório de droga e a outra atua como um atuador macio e inflável. Usando um controlador externo, os pesquisadores podem estimular o atuador a inflar e desinflar em um horário específico. Para este estudo, eles realizaram a atuação a cada 12 horas, por cinco minutos de cada vez.

Essa atuação mecânica afasta as células imunes chamadas neutrófilos, as células que iniciam o processo que leva à formação do tecido cicatricial. Quando os pesquisadores implantaram esses dispositivos em camundongos, eles descobriram que demorou muito mais tempo para o tecido cicatricial se desenvolver ao redor dos dispositivos. O tecido cicatricial acabou se formando, mas sua estrutura era incomum: em vez das fibras de colágeno emaranhadas que se acumulavam em torno dos dispositivos estáticos, as fibras de colágeno que cercavam os dispositivos acionados estavam mais alinhadas, o que os pesquisadores acreditam que pode ajudar as moléculas da droga a passar pelo tecido.

“No curto prazo, vemos que há menos neutrófilos ao redor do dispositivo no tecido e, no longo prazo, vemos que há diferenças na arquitetura do colágeno, o que pode estar relacionado ao motivo pelo qual temos uma melhor distribuição de drogas ao longo dos oito anos. período de uma semana”, diz Wang.

Entrega sustentada de medicamentos

Para demonstrar a utilidade potencial deste dispositivo, os pesquisadores mostraram que ele poderia ser usado para fornecer insulina em camundongos. O dispositivo é projetado para que a insulina possa vazar lentamente pelos poros do reservatório do medicamento ou ser liberada em uma grande explosão controlada pelo atuador.

Os pesquisadores avaliaram a eficácia da liberação de insulina medindo as alterações subsequentes nos níveis de glicose no sangue dos camundongos. Eles descobriram que em camundongos com o dispositivo acionado, a entrega efetiva de insulina foi mantida durante as oito semanas do estudo. No entanto, em camundongos que não receberam acionamento, a eficiência de entrega começou a diminuir após apenas duas semanas e, após oito semanas, quase nenhuma insulina foi capaz de passar pela cápsula fibrosa.

Os autores também criaram uma versão do dispositivo em tamanho humano, 120 milímetros por 80 milímetros, e mostraram que ele poderia ser implantado com sucesso no abdômen de um cadáver humano.

“Esta foi uma prova de conceito para mostrar que existe uma técnica cirúrgica minimamente invasiva que poderia ser empregada em um dispositivo de escala humana em maior escala”, diz Goswami.

Trabalhando com Jeffrey Millman, da Escola de Medicina da Universidade de Washington em St. Louis, os pesquisadores agora planejam adaptar o dispositivo para que ele possa ser usado para fornecer células pancreáticas derivadas de células-tronco que detectam os níveis de glicose e secretam insulina quando a glicose é muito alto. Tal implante poderia eliminar a necessidade de os pacientes medirem constantemente seus níveis de glicose e injetar insulina.

“A ideia seria que as células residissem no reservatório e atuassem como uma fábrica de insulina”, diz Roche. “Eles detectavam os níveis de glicose no sangue e liberavam insulina de acordo com o que fosse necessário.”

Outras aplicações possíveis que os pesquisadores exploraram para esse tipo de dispositivo incluem a administração de imunoterapia para tratar o câncer de ovário e a administração de medicamentos ao coração para prevenir insuficiência cardíaca em pacientes que tiveram ataques cardíacos.

“Você pode imaginar que podemos aplicar essa tecnologia a qualquer coisa que seja prejudicada por uma resposta de corpo estranho ou cápsula fibrosa e tenha um efeito a longo prazo”, diz Roche. “Acho que qualquer tipo de dispositivo de entrega de drogas implantável poderia se beneficiar.”

A pesquisa foi financiada, em parte, pela Science Foundation Ireland, a Juvenile Diabetes Research Foundation e os National Institutes of Health.



Fonte original deste artigo

DEIXE UMA RESPOSTA

Please enter your comment!
Please enter your name here