静脈注射が可能で、心臓発作や外傷性脳損傷などへの応用が期待される。 The material can be injected intravenously and has potential application in heart attacks, traumatic brain injury and more
2023-01-30 カリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)
◆カリフォルニア大学サンディエゴ校の生体工学教授で、この材料を開発したチームの主任研究員であるカレン・クリスマン氏は、「この生体材料は、損傷した組織を内側から治療することを可能にします」と語っています。”再生工学への新しいアプローチです。”
◆生物工学者と医師からなる研究チームは、この研究成果を『Nature Biomedical Engineering』誌の12月29日号に発表した。
◆米国では、毎年785,000人が新たに心臓発作を起こすと推定されているが、その結果生じる心臓組織の損傷を修復するための確立された治療法は存在しない。心臓発作の後、瘢痕組織が形成され、筋肉の機能が低下し、うっ血性心不全につながることがあります。
◆これまでの研究で、Christman率いるチームは、細胞外マトリックス(ECM)としても知られる、心筋組織の天然の足場から作られたハイドロゲルを開発し、カテーテルを介して損傷した心筋組織に注入することができるようにしました。このゲルは、心臓の損傷部位に足場を形成し、新しい細胞の増殖と修復を促します。2019年秋には、第1相のヒト臨床試験に成功した結果が報告されました。しかし、心筋に直接注入する必要があるため、心臓発作の1週間以上後にしか使用できない–もっと早ければ、針を使った注入手順のため、ダメージを与えるリスクがある。
◆研究チームは、心臓発作の直後に投与できる治療法を開発したいと考えた。つまり、血管形成術やステントなどの他の治療法と同時に、心臓の血管に注入したり、静脈注射したりできる生体材料を開発することであった。
◆この新しいバイオマテリアルの利点の一つは、静脈内に注入するため、損傷した組織全体に均等に行き渡ることです。これに対して、カテーテルから注入されるハイドロゲルは、特定の場所に留まり、広がりません。
◆Christmanの研究室の研究者たちは、まず、自分たちが開発したハイドロゲルが、安全性試験の一環として血液注入に適合することが証明されたところから始めた。しかし、ハイドロゲル中の粒子径が大きすぎて、漏出した血管をターゲットにすることはできなかった。当時、Christmanの研究室の博士課程に在籍していたSpangは、ハイドロゲルの液体前駆体を遠心分離機にかけることでこの問題を解決し、大きな粒子をふるい落とし、ナノサイズの粒子のみを残すことに成功した。得られた材料は、透析と滅菌フィルターにかけられた後、凍結乾燥された。最終的にできた粉末に滅菌水を加えれば、静脈内注射や心臓の冠動脈への注入が可能な生体材料ができあがる。
◆研究者らは、この生体材料を心臓発作を起こしたネズミのモデルでテストした。心臓発作を起こすと、血管の内皮細胞の間に隙間ができるため、この材料は血管を通過して組織の中に入っていくと予想されました。しかし、それとは別のことが起こった。生体材料がこれらの細胞と結合し、隙間を塞いで血管の治癒を促進し、その結果、炎症が抑制されたのである。研究者らは、豚の心臓発作モデルでもこのバイオマテリアルをテストし、同様の結果を得た。
◆さらに、外傷性脳損傷と肺動脈性肺高血圧のラットモデルで、同じバイオマテリアルが他のタイプの炎症を抑制するのに役立つという仮説の検証にも成功した。Christman教授の研究室では、これらの疾患に関するいくつかの前臨床試験を実施する予定である。
<関連情報>
- https://today.ucsd.edu/story/this-groundbreaking-biomaterial-heals-tissues-from-the-inside-out
- https://www.nature.com/articles/s41551-022-00964-5
炎症組織へのターゲティングと治療のためのバイオマテリアルとしての血管内注入型細胞外マトリックス Intravascularly infused extracellular matrix as a biomaterial for targeting and treating inflamed tissues
Martin T. Spang,Ryan Middleton,Miranda Diaz,Jervaughn Hunter,Joshua Mesfin,Alison Banka,Holly Sullivan,Raymond Wang,Tori S. Lazerson,Saumya Bhatia,James Corbitt,Gavin D’Elia,Gerardo Sandoval-Gomez,Rebecca Kandell,Maria A. Vratsanos,Karthikeyan Gnanasekaran,Takayuki Kato,Sachiyo Igata,Colin Luo,Kent G. Osborn,Nathan C. Gianneschi,Omolola Eniola-Adefeso,Pedro Cabrales,Ester J. Kwon,Francisco Contijoch,Ryan R. Reeves,Anthony N. DeMaria & Karen L. Christman
Nature Biomedical Engineering Published:29 December 2022
DOI:https://doi.org/10.1038/s41551-022-00964-5
Abstract
Decellularized extracellular matrix in the form of patches and locally injected hydrogels has long been used as therapies in animal models of disease. Here we report the safety and feasibility of an intravascularly infused extracellular matrix as a biomaterial for the repair of tissue in animal models of acute myocardial infarction, traumatic brain injury and pulmonary arterial hypertension. The biomaterial consists of decellularized, enzymatically digested and fractionated ventricular myocardium, localizes to injured tissues by binding to leaky microvasculature, and is largely degraded in about 3 d. In rats and pigs with induced acute myocardial infarction followed by intracoronary infusion of the biomaterial, we observed substantially reduced left ventricular volumes and improved wall-motion scores, as well as differential expression of genes associated with tissue repair and inflammation. Delivering pro-healing extracellular matrix by intravascular infusion post injury may provide translational advantages for the healing of inflamed tissues ‘from the inside out’.
