Инженеры Массачусетского технологического института разработали двухкомпонентную систему, которая может вводиться в организм и способствовать образованию тромбов в местах внутренних повреждений. Эти материалы, которые имитируют то, как тело естественным образом образует сгустки, могут предложить способ сохранить жизнь людям с серьезными внутренними повреждениями, пока они не попадут в больницу.

На мышиной модели внутренних повреждений исследователи показали, что эти компоненты — наночастица и полимер — действуют значительно лучше, чем гемостатические наночастицы , которые были разработаны ранее.

«Что особенно примечательно в этих результатах, так это уровень восстановления после тяжелой травмы, которую мы наблюдали в исследованиях на животных. Путем последовательного введения двух комплементарных систем можно получить гораздо более прочный сгусток», — говорит Паула Хаммонд, профессор Института Массачусетского технологического института. глава отдела химической инженерии Массачусетского технологического института, член Института интегративных исследований рака им. Коха и один из старших авторов статьи об исследовании.

В отличие от разработанных ранее гемостатических систем, новая технология MIT имитирует действие как тромбоцитов — клеток, которые инициируют свертывание крови, так и фибриногена , белка, который помогает образовывать сгустки.

«Идея использования двух компонентов позволяет избирательно гелеобразовать гемостатическую систему по мере увеличения концентрации в ране, имитируя конечный эффект естественного каскада свертывания», — говорит Брэдли Олсен, профессор химической инженерии Александра и Майкла Кассеров в Университете им. MIT и старший автор исследования.

Постдоктор Массачусетского технологического института Селестин Хонг, доктор философии. ’22 — ведущий автор статьи, опубликованной в Advanced Healthcare Materials. Среди других авторов статьи постдоктор Янпу Хе, студентка бакалавриата Портер Боуэн и профессор Анджела Белчер, возглавляющая кафедру биологической инженерии Массачусетского технологического института.

Искусственное свертывание

Потеря крови в результате травматических событий, таких как автомобильные аварии, ежегодно приводит к более чем 2,5 миллионам смертей во всем мире. Такая тупая травма может вызвать внутреннее кровотечение из таких органов, как печень, которое трудно обнаружить и вылечить. В таких случаях очень важно остановить кровотечение как можно скорее, пока пациента не доставят в больницу для дальнейшего лечения. По словам Олсена, поиск способов предотвращения внутреннего кровотечения может иметь особенно важное значение в вооруженных силах, где несвоевременное лечение внутреннего кровотечения является одной из основных причин предотвратимой смерти.

Когда происходят внутренние повреждения, тромбоциты притягиваются к этому месту и инициируют каскад свертывания крови, который в конечном итоге образует липкую пробку из тромбоцитов и белков свертывания крови, включая фибриноген. Однако, если пациенты теряют много крови, у них недостаточно тромбоцитов или фибриногена для образования сгустков. Команда Массачусетского технологического института хотела создать искусственную систему, которая могла бы помочь спасти жизни людей, заменив оба этих компонента свертывания крови.

«В прошлом исследователи в этой области пытались либо восстановить терапевтические эффекты тромбоцитов, либо восстановить функцию фибриногена», — говорит Хонг. «В этом проекте мы пытаемся запечатлеть, как они взаимодействуют друг с другом».

Для этого исследователи создали систему из двух типов материалов: наночастиц, которые рекрутируют тромбоциты, и полимера, имитирующего фибриноген.

В качестве частиц, рекрутирующих тромбоциты, исследователи использовали частицы, подобные тем, о которых они сообщили в исследовании 2022 года. Эти частицы сделаны из биосовместимого полимера под названием PEG-PLGA, который функционализирован пептидом под названием GRGDS, который позволяет им связываться с активированными тромбоцитами. Поскольку тромбоциты притягиваются к месту повреждения, эти частицы также имеют тенденцию накапливаться в местах повреждения.

В этом исследовании 2022 года исследователи обнаружили, что, когда эти нацеливающие частицы имеют оптимальный размер в диапазоне от 140 до 220 нанометров, они будут накапливаться в месте раны, но не накапливаться значительно в таких органах, как легкие, где образование тромбов было бы рискованным. пациенту.

Для этой статьи исследователи модифицировали эти частицы, добавив химическую группу, которая будет реагировать с меткой, размещенной на втором компоненте в системе, которую они называют сшивающим агентом. Эти сшивающие агенты, изготовленные из ПЭГ или ПЭГ-ПЛГК, связываются с целевыми частицами, скопившимися в месте раны, и образуют скопления, имитирующие тромбы .

«Идея состоит в том, что с обоими этими компонентами, циркулирующими в кровотоке, если есть место раны, компонент-мишень начнет накапливаться в месте раны, а также связывать сшиватель», — говорит Хонг. «Когда оба компонента находятся в высокой концентрации, вы получаете больше поперечных связей, и они начинают образовывать этот клей и способствовать процессу свертывания крови».

Остановка кровотечения

Чтобы протестировать систему, исследователи использовали модель внутреннего повреждения на мышах. Они обнаружили, что после введения в организм двухкомпонентная система очень эффективно останавливала кровотечение и работала примерно в два раза лучше, чем частицы-мишени сами по себе.

Еще одним важным преимуществом тромбов является то, что они не разрушаются так быстро, как естественные тромбы. Когда пациенты теряют много крови, им обычно внутривенно вводят физиологический раствор для поддержания артериального давления, но этот физиологический раствор также разбавляет существующие тромбоциты и фибриноген, что приводит к более слабым сгусткам и более быстрой деградации. Однако исследователи обнаружили, что искусственные сгустки не так подвержены такому разложению.

Исследователи также обнаружили, что их наночастицы не вызывали какой-либо значительной иммунной реакции у мышей по сравнению с контролем глюкозы. Теперь они планируют протестировать систему на более крупной модели животных, работая с исследователями из Массачусетской больницы общего профиля.

В более долгосрочной перспективе исследователи также надеются изучить возможность использования портативных устройств визуализации для визуализации введенных наночастиц после того, как они попали в организм. Это может помочь врачам или службам экстренной медицинской помощи быстро определить место внутреннего кровотечения, что в настоящее время можно сделать только в больнице с помощью МРТ, УЗИ или хирургического вмешательства.

«Выяснение источника кровотечения может занять несколько часов, и для этого требуется много шагов, прежде чем можно будет обработать место кровотечения. Таким образом, возможность объединить эту систему с диагностическими инструментами — это одна из областей, в которой мы интересуюсь», — говорит Хонг.