新しいパッチは心臓の治癒に役立つ可能性があります |マサチューセッツ工科大学ニュース

MITのエンジニアは、心臓発作後に心臓に貼付して心臓組織の治癒と再生を促進できる柔軟な薬物送達パッチを開発した。

新しいパッチは、事前にプログラムされたスケジュールに従って、異なる時間に放出できる複数の異なる薬剤を運ぶように設計されています。研究者らはラットを対象とした研究で、この治療により損傷した心臓組織の量が50パーセント減少し、心機能が大幅に改善されたことを示しました。

このタイプのパッチが人間への使用が承認されれば、心臓発作の被害者が現在可能である以上に心臓機能を回復するのに役立つ可能性がある、と研究者らは述べている。

「重大な心臓発作に見舞われた場合、損傷した心臓組織は効果的に再生されず、永久的な心臓機能の喪失につながります。損傷した組織は回復しません」と、マサチューセッツ工科大学コッホ統合癌研究所の主任研究員であるアナ・ジャクレネック氏は言う。 「私たちの目標は、心筋梗塞後にその機能を回復し、人々がより強く、より回復力のある心臓を取り戻すのを助けることです。」

ヤクレネック氏と、マサチューセッツ工科大学デビッド・H・コッホ研究所教授でコッホ研究所のメンバーでもあるロバート・ランガー氏は、この新しい研究の上級著者である。 今日登場するのは 細胞生体材料。元MITポスドクのエリカ・ワンギスが論文の筆頭著者。

プログラムされた薬物送達

心臓発作の後、多くの患者は最終的にバイパス手術を受けることになります。バイパス手術では心臓への血流は改善されますが、損傷した心臓組織は修復されません。新しい研究で、MITチームは、手術の実行と同時に心臓に適用できるパッチを作成したいと考えました。

彼らは、このパッチが組織の治癒を促進するために長期間にわたって薬物を送達できることを期待していました。心臓病を含む多くの病気には段階別の治療が必要ですが、ほとんどのシステムでは薬剤が一度に放出されます。時間を決めて送達すると、治療と回復をより適切に同期させることができます。

「外科医が既に開胸手術を行っている間に、正確に調整された治療的介入を提供して損傷部位の心臓を治癒させることが可能かどうかを確認したかったのです」とヤクレネック氏は言う。

これを達成するために、研究者らは、以前に開発した、蓋付きの小さなコーヒーカップに似たカプセルで構成される薬物送達微粒子の適応に着手した。これらのカプセルはPLGAと呼ばれるポリマーで作られており、内部に薬剤を封入することができます。

蓋の形成に使用されるポリマーの分子量を変えることで、研究者らはポリマーの分解速度を制御できるため、特定の時間に内容物を放出するように粒子をプログラムできるようになります。この用途のために、研究者らは、移植後 1 ～ 3 日、7 ～ 9 日、および 12 ～ 14 日の間に分解する粒子を設計しました。

これにより、彼らはさまざまな方法で心臓の治癒を促進する 3 つの薬の処方計画を考案することができました。最初の粒子セットは、細胞死の防止に役立つ成長因子であるニューレグリン 1 を放出します。次の時点で、粒子は心臓周囲の血管の形成を促進する成長因子である VEGF を放出します。粒子の最後のバッチは、心臓発作後に発生する可能性のある瘢痕組織の形成を阻害する GW788388 と呼ばれる小分子薬を放出します。

「組織が再生するときは、慎重にタイミングを計った一連のステップを経ます」とヤクレネック氏は言う。 「ワン博士は、身体が自然に治癒する順序で、重要な成分を適切なタイミングで供給するシステムを開発しました。」

研究者らは、これらの粒子の列を、コンタクトレンズに似た、丈夫だが柔軟なヒドロゲルの薄いシートに埋め込んだ。このヒドロゲルは、最終的に体内で分解される 2 つの生体適合性ポリマーであるアルギン酸塩と PEGDA から作られています。この研究のために、研究者らは直径わずか数ミリメートルのコンパクトな小型パッチを作成しました。

「これらの粒子のアレイをヒドロゲルパッチにカプセル化し、このパッチを外科的に心臓に移植することができます。このようにして、この材料に治療を実際にプログラムしているのです」とワン氏は言う。

心臓の機能が良くなる

これらのパッチを作成したら、研究者らは人工多能性幹細胞から生成された心筋細胞を含む心臓組織の球体上でパッチをテストしました。これらの球には、同じく心臓の重要な構成要素である内皮細胞とヒト心室線維芽細胞も含まれていました。

研究者らはこれらの球体を心臓発作の影響を模倣して低酸素条件にさらし、その上にパッチを貼り付けた。彼らは、パッチが血管の成長を促進し、より多くの細胞の生存を助け、発生する線維症の量を減少させることを発見しました。

心臓発作のラットモデルでのテストでも、パッチによる治療後に研究者らは大幅な改善を確認しました。無治療または同じ薬剤の IV 注射と比較して、パッチで治療された動物は生存率が 33% 高く、損傷した組織の量が 50% 減少し、心拍出量が大幅に増加しました。

研究者らは、パッチは時間の経過とともに最終的に溶解し、心臓の機械的機能を損なうことなく、1年かけて非常に薄い層になることを示した。

「これは、薬物送達と生体材料を組み合わせて患者の新たな治療法を実現する重要な方法です」とランガー氏は言う。

この研究で試験された薬剤のうち、ニューレグリン-1とVEGFは心臓病を治療する臨床試験で試験されていますが、GW788388は動物モデルでのみ研究されています。研究者らは現在、将来的に臨床試験を実施することを期待して、追加の動物モデルでパッチをテストしたいと考えている。

現在のバージョンのパッチは外科的に埋め込む必要があるが、研究者らはこれらの微粒子をステントに組み込み、動脈に挿入してプログラムされたスケジュールで薬剤を送達する可能性を模索している。

この論文の他の著者には、Elizabeth Calle、Binbin Ying、Behnaz Eshaghi、Linzixuan Zhang、Xin Yang、Stacey Qiaohui Lin、Jooli Han、Alanna Backx、Yuting Huang、Sevinj Mursalova、Chuhan Joyce Qi、および Yi Liu が含まれます。

研究者らは、カナダ自然科学工学研究評議会と米国国立心肺血液研究所の支援を受けた。