Умный пластырь ускоряет восстановление сердца после приступа

Инженеры из Массачусетского технологического института создали гибкий лекарственный пластырь, который накладывается прямо на сердце после инфаркта, помогая ускорить восстановление и регенерацию сердечной ткани. Устройство способно доставлять сразу несколько видов лекарств, при этом каждое из них может выделяться по заранее заданному расписанию. В экспериментах на крысах исследователи обнаружили, что использование пластыря снижает объем поврежденной сердечной ткани наполовину и заметно улучшает работу сердца. По словам ученых, после одобрения для клинического применения этот тип пластыря сможет существенно повысить эффективность восстановления сердечной функции у людей, перенесших инфаркт.

После сердечного приступа многим пациентам проводят операцию шунтирования, которая улучшает кровоснабжение сердца, но не способствует восстановлению поврежденных тканей. В рамках исследования ученые решили разработать специальную заплатку, которую можно было бы прикреплять к сердцу прямо во время операции. Исследователи рассчитывали, что такой пластырь сможет постепенно высвобождать лекарства, поддерживая процесс заживления на протяжении длительного времени.

Чтобы реализовать эту идею, ученые решили использовать созданные ранее микрочастицы для доставки лекарств. Эти частицы представляют собой крошечные капсулы, по форме напоминающие миниатюрные кофейные чашечки с крышками, изготовленные из полимера PLGA. Внутрь таких капсул можно поместить лекарственное вещество и герметично их запечатать. Меняя молекулярную массу полимера, из которого сделаны крышки, исследователи могут регулировать скорость их разложения. Это позволяет точно задавать момент, когда содержимое каждой капсулы будет высвобождено. В рамках данного эксперимента были созданы три типа частиц, разрушающихся в разные сроки – примерно на 1-3-й, 7-9-й и 12-14-й дни после имплантации.

Так удалось спланировать трехэтапную терапию, в которой каждое вещество выполняет свою роль в восстановлении сердца. Первая группа частиц выделяет нейрегулин-1 – фактор роста, защищающий клетки от гибели. Вторая – высвобождает VEGF, стимулирующий формирование новых кровеносных сосудов вокруг сердца. Последняя – содержит препарат GW788388, препятствующий образованию рубцов, возникающих после инфаркта.

Ученые встроили ряды микрочастиц в тонкие листы прочного, но эластичного гидрогеля, по консистенции напоминающего контактные линзы. Этот материал состоит из альгината и ПЭГДА – биосовместимых полимеров, которые постепенно разрушаются в организме. Для эксперимента исследователи изготовили миниатюрные пластыри диаметром всего несколько миллиметров. Полученные патчи протестировали на сферических образцах сердечной ткани, созданных из кардиомиоцитов, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. В эти сферы также входили эндотелиальные клетки и фибробласты человеческого сердца – важные элементы сердечной структуры. Чтобы смоделировать состояние после инфаркта, образцы подвергли воздействию низкого уровня кислорода, а затем наложили на них пластыри. Результаты показали, что устройство стимулирует рост кровеносных сосудов, повышает выживаемость клеток и снижает развитие фиброза.

При испытаниях на крысах с искусственно вызванным сердечным приступом пластырь также продемонстрировал значительный эффект: по сравнению с отсутствием лечения или обычным введением тех же препаратов выживаемость животных увеличилась на 33%, количество поврежденных тканей сократилось наполовину, а сердечный выброс заметно возрос. Важное замечание, которые сделали исследователи, что пластыри со временем постепенно растворяются, превращаясь в течение года в очень тонкий слой, который не влияет на механическую работу сердца.