Os biomateriais concebidos para viajar através da corrente sanguínea podem fornecer uma forma menos invasiva de acalmar a inflamação e ajudar a reparar os tecidos danificados. Em estudos com animais, o material injetável melhorou os danos teciduais causados por ataques cardíacos em roedores e animais de grande porte. As primeiras experiências de prova de conceito também sugerem que a mesma abordagem poderá um dia ser aplicável a outras doenças causadas por inflamação, incluindo lesão cerebral traumática e hipertensão pulmonar.
“Este biomaterial pode curar tecidos danificados de dentro para fora”, disse Karen Christman, professora de bioengenharia na UC San Diego e investigadora principal da equipe que desenvolveu o material. “É uma nova abordagem para a engenharia regenerativa.”
Os resultados da pesquisa são relatados em Engenharia Biomédica da Natureza A ser concluído em 2022 por uma equipe de bioengenheiros e médicos. Na época, Christman disse que um estudo em humanos testando a segurança e a eficácia do biomaterial poderia começar dentro de um a dois anos.
Nova maneira de reparar danos cardíacos
Os ataques cardíacos continuam a ser uma das emergências médicas mais graves nos Estados Unidos, com uma estimativa de 785.000 novos casos anualmente. Quando o fluxo sanguíneo para o coração é bloqueado, o tecido cardíaco pode ser ferido ou morrer. O corpo responde formando tecido cicatricial, mas as cicatrizes não se contraem como o músculo cardíaco saudável. Com o tempo, isso pode enfraquecer o coração e causar insuficiência cardíaca congestiva.
Atualmente não existem terapias comprovadas que possam reparar diretamente o tecido cardíaco após um ataque cardíaco. Os cuidados existentes concentram-se em restaurar o fluxo sanguíneo, limitar maiores danos e controlar o risco de futuros problemas cardíacos.
“A doença arterial coronariana, o infarto agudo do miocárdio e a insuficiência cardíaca congestiva continuam entre os problemas de saúde pública mais significativos que afetam nossa sociedade hoje”, disse o Dr. Ryan R. Reeves, médico da Divisão de Medicina Cardiovascular da Universidade da Califórnia, em San Diego. “Como cardiologista intervencionista que trata pacientes com doença arterial coronariana e insuficiência cardíaca congestiva todos os dias, eu queria ter outro tratamento que pudesse melhorar os resultados dos pacientes e reduzir os sintomas debilitantes”.
De hidrogéis cardíacos a transfusões de sangue
O trabalho baseia-se em pesquisas anteriores da equipe de Christman e envolveu um hidrogel feito a partir da estrutura natural do tecido muscular cardíaco, também conhecida como matriz extracelular (MEC). O gel foi projetado para ser aplicado diretamente no músculo cardíaco danificado por meio de um cateter. Uma vez colocado, forma uma estrutura de suporte que promove o crescimento celular e a reparação dos tecidos.
Resultados bem-sucedidos de ensaios clínicos humanos de Fase 1 de uma abordagem de hidrogel em estágio inicial foram relatados no outono de 2019. O ensaio descobriu que a injeção transendocárdica de VentriGel, um hidrogel de matriz extracelular cardíaca, era segura e viável em pacientes com disfunção ventricular esquerda após um ataque cardíaco, embora sejam necessários estudos randomizados maiores para testar se melhora os resultados.
No entanto, o método de injeção direta tem uma limitação importante. Como requer injeção no músculo cardíaco através de uma agulha, geralmente não pode ser usado imediatamente após um ataque cardíaco. Entregar muito cedo pode acarretar o risco de lesões adicionais.
O desafio levou os pesquisadores a apresentarem uma ideia diferente: um biomaterial que pudesse ser injetado nos vasos sanguíneos do coração durante a angioplastia ou colocação de stent ou administrado por injeção intravenosa.
“Estávamos tentando projetar uma terapia de biomateriais que pudesse ser administrada a órgãos e tecidos inacessíveis, e descobrimos uma maneira de aproveitar o fluxo sanguíneo – os vasos sanguíneos que já irrigam esses órgãos e tecidos”, disse o primeiro autor do artigo, Martin Spang, que obteve seu doutorado. No grupo de Christman no Departamento de Bioengenharia Shu Chien-Gene Lay.
Por que as injeções intravenosas são importantes
Abordagens baseadas no fluxo sanguíneo oferecem grandes vantagens práticas para biomateriais. Em vez de parar em alguns locais de injeção, ele se espalha de maneira mais uniforme no tecido danificado. Isso o torna especialmente valioso após um ataque cardíaco, pois pode ser difícil alcançar o local lesionado diretamente e o tempo é essencial.
esse Engenharia Biomédica da Natureza O estudo descreve o material como um biomaterial de matriz extracelular infundido intravascularmente feito de miocárdio ventricular descelularizado, digerido enzimaticamente e graduado. O material é projetado para atingir o tecido lesionado, ligando-se à microvasculatura com vazamento e degrada-se em grande parte em cerca de três dias.
Como os biomateriais são feitos
Para criar uma versão injetável, os pesquisadores do laboratório de Christman começaram com um hidrogel que já haviam desenvolvido e testaram sua compatibilidade com injeções de sangue. O problema é o tamanho das partículas. O hidrogel original continha partículas grandes demais para atingir com eficácia os vasos sanguíneos danificados e com vazamento.
Spang resolveu esse problema processando o precursor líquido do hidrogel em uma centrífuga. Isso permitiu à equipe separar as partículas maiores e reter apenas as de tamanho nanométrico. O material foi então dialisado, filtrado estéril e liofilizado. Quando água estéril é adicionada ao pó final, ele se torna um biomaterial que pode ser administrado por via intravenosa ou injetado nas artérias coronárias do coração.
Como encontra tecido lesionado
Quando os pesquisadores testaram o biomaterial em modelos de ataques cardíacos em roedores, eles esperavam que ele passasse por vasos sanguíneos com vazamento e entrasse nos tecidos danificados. Após um ataque cardíaco, surgem lacunas entre as células endoteliais dentro dos vasos sanguíneos.
Em vez disso, a equipe viu algo ainda mais surpreendente. O biomaterial se liga a essas células endoteliais e ajuda a fechar a lacuna, o que parece acelerar a cicatrização dos vasos sanguíneos. Este processo reduz a inflamação, um dos principais causadores de danos nos tecidos após uma lesão.
Os pesquisadores então testaram o tratamento em um modelo suíno de doença cardíaca e encontraram resultados semelhantes. Em ratos e porcos com infarto agudo do miocárdio induzido e subsequente infusão intracoronária, o biomaterial foi associado à redução do volume ventricular esquerdo, melhora nos escores de motilidade parietal e alterações na expressão gênica associadas ao reparo e inflamação tecidual.
Além do potencial da mente
Embora a maior parte do trabalho tenha se concentrado nos danos causados pelo ataque cardíaco, os pesquisadores também testaram se o mesmo biomaterial poderia atingir outros tecidos inflamados. Num modelo de rato, encontraram provas de conceito de que a abordagem poderia ser usada para tratar lesões cerebrais traumáticas e hipertensão pulmonar.
Este potencial mais amplo é uma das partes mais interessantes deste trabalho. Muitos órgãos e tecidos são de difícil acesso direto, mas são supridos por vasos sanguíneos. Se os biomateriais pudessem usar esses vasos sanguíneos como vias de distribuição, a medicina regenerativa poderia ser capaz de tratar lesões difíceis de tratar.
“Embora grande parte desta pesquisa envolva o coração, a possibilidade de tratar outros órgãos e tecidos inacessíveis poderia abrir o campo da engenharia de biomateriais/tecidos para tratar novas doenças”, disse Spahn.
O que aconteceu desde o estudo de 2022
Desde o estudo original, trabalhos relacionados continuaram a explorar como os biomateriais baseados na matriz extracelular impactam o reparo após o infarto do miocárdio. 2025 comunicações da natureza estudar Pesquisadores como Christman usaram transcriptômica espacial e sequenciamento de RNA de núcleo único para estudar como os biomateriais de matriz extracelular injetáveis afetam o tecido cardíaco após o infarto do miocárdio. Estudos descobriram que em modelos de ratos, a sinalização pró-reparo envolve regulação imunológica, desenvolvimento vascular e linfático, ativação de fibroblastos, resgate miocárdico, proliferação de células musculares lisas e neurogênese.
O trabalho posterior não substituiu a necessidade de testes clínicos de biomateriais intravasculares, mas acrescentou mais detalhes sobre como essas terapias de matriz extracelular cardíaca afetam a cura nos níveis celular e regional no coração lesado.
A Ventrix Bio, Inc., uma nova empresa start-up cofundada por Christman, também continua a promover a tecnologia de matriz extracelular cardíaca relacionada. um Rede de ensaios clínicos A listagem da VentriGel descreve um estudo aberto de Fase 1 patrocinado pela Emory University em crianças com síndrome do coração esquerdo hipoplásico para avaliar a segurança e a viabilidade da injeção intramiocárdica do material de matriz extracelular da Ventrix Bio. A lista não estava contratando no momento da visita.
Próximas etapas para testes em humanos
Christman e Ventrix Bio planejam buscar autorização da FDA para estudar novos biomateriais intravasculares para doenças cardíacas humanas. Se aprovada para testes clínicos, a terapia deverá demonstrar que é segura, prática e eficaz o suficiente para melhorar os resultados dos pacientes.
Atualmente, esse tratamento ainda está em fase experimental. Mas o seu apelo é claro: em vez de ser injetado diretamente no músculo cardíaco, pode ser administrado através de procedimentos existentes nos vasos sanguíneos ou por via intravenosa, atingindo o tecido lesionado a partir do interior.
“Uma das principais razões pelas quais tratamos a doença arterial coronariana grave e o infarto do miocárdio é prevenir a disfunção ventricular esquerda e a progressão para insuficiência cardíaca congestiva”, disse o Dr. Reeves. “Esta terapia fácil de implementar tem o potencial de desempenhar um papel importante na nossa abordagem de tratamento”.
