Um biomaterial projetado para viajar pela corrente sanguínea pode fornecer uma maneira menos invasiva de acalmar a inflamação e reparar tecidos lesionados. Em estudos com animais, o material injetável melhorou os danos nos tecidos causados por ataques cardíacos em ratos e animais maiores. Experimentos preliminares de prova de conceito também sugerem que a mesma abordagem pode um dia ser útil para outras condições causadas por inflamação, incluindo lesão cerebral traumática e hipertensão arterial pulmonar.
“Este biomaterial permite tratar tecidos danificados por dentro”, disse Karen Christman, professora de bioengenharia da Universidade da Califórnia em San Diego e pesquisadora principal da equipe que desenvolveu o material. “Esta é uma nova abordagem para a engenharia regenerativa.”
Os resultados são relatados Engenharia Biomédica da Natureza em 2022 por uma equipe de bioengenheiros e médicos. Na época, Christman disse que um estudo em humanos para testar a segurança e eficácia do biomaterial poderia começar dentro de um a dois anos.
Uma nova rota para reparar danos cardíacos
Os ataques cardíacos estão entre as emergências médicas mais graves nos Estados Unidos, com uma estimativa de 785.000 novos casos a cada ano. O tecido cardíaco pode ser ferido ou morrer quando o fluxo sanguíneo para o coração é interrompido. O corpo responde formando tecido cicatricial, mas essa cicatriz não se contrai como o músculo cardíaco saudável. Com o tempo, isso pode enfraquecer o coração e contribuir para a insuficiência cardíaca congestiva.
Não existem terapias estabelecidas que reparem diretamente o tecido cardíaco após um ataque cardíaco. Os cuidados existentes concentram-se em restaurar o fluxo sanguíneo, limitar novas lesões e controlar o risco de futuras doenças cardíacas.
“A doença arterial coronariana, o infarto agudo do miocárdio e a insuficiência cardíaca congestiva continuam sendo os problemas de saúde pública mais urgentes que afetam nossa sociedade hoje”, disse o Dr. Ryan R. Reeves, médico do Departamento de Medicina Cardiovascular da UC San Diego. “Como cardiologista intervencionista que trata diariamente pacientes com doença arterial coronariana e insuficiência cardíaca congestiva, quero encontrar outra terapia para melhorar os resultados dos pacientes e reduzir os sintomas debilitantes”.
De hidrogéis para o coração a infusões para a corrente sanguínea
O trabalho baseia-se em pesquisas anteriores da equipe de Christman envolvendo um hidrogel feito a partir da estrutura natural do tecido muscular cardíaco, também conhecida como matriz extracelular (MEC). Esse 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.
Os resultados de um ensaio clínico humano de Fase 1 bem-sucedido dessa abordagem anterior de hidrogel foram relatados no outono de 2019. O ensaio mostrou que a injeção transendocárdica de Ventrigel, um hidrogel de matriz extracelular cardíaca, era segura e viável em pacientes pós-ataque cardíaco com disfunção ventricular esquerda, embora estudos maiores precisem ser testados.
No entanto, o método de injeção direta tem uma limitação importante. Como requer uma injeção com agulha no músculo cardíaco, geralmente não pode ser usado imediatamente após um ataque cardíaco. O parto muito cedo pode causar danos adicionais.
Esse desafio levou os pesquisadores a uma ideia diferente: um biomaterial que pudesse ser administrado por via intravenosa ou durante um procedimento como angioplastia ou implante de stent em um vaso sanguíneo no coração.
“Tentamos projetar uma terapia de biomateriais que pudesse ser administrada a órgãos e tecidos de difícil acesso, e descobrimos uma maneira de aproveitar o fluxo sanguíneo – os vasos que já fornecem sangue a esses órgãos e tecidos”, disse Martin Spang, primeiro autor do artigo, que obteve seu doutorado. no grupo de Christman no Departamento de Bioengenharia de Shu Chien-Jin Ley.
Por que a entrega intravenosa é importante?
As abordagens baseadas no fluxo sanguíneo dão aos biomateriais uma grande vantagem prática. Em vez de permanecer em alguns locais de injeção, pode espalhar-se de maneira mais uniforme pelo tecido danificado. Isto pode torná-lo especialmente valioso após um ataque cardíaco, quando o acesso direto às áreas lesionadas pode ser difícil e o tempo é essencial.
D Engenharia Biomédica da Natureza O estudo descreveu o material como um biomaterial de matriz extracelular infundido por via intravascular preparado a partir de miocárdio ventricular descelularizado, digerido enzimaticamente e fracionado. O material foi concebido para se localizar no tecido lesionado ligando-se à microvasculatura com fugas e foi largamente degradado em cerca de três dias.
Como os biomateriais são feitos
Para criar a versão injetável, os pesquisadores do laboratório de Christman começaram com hidrogéis que já haviam fabricado e testado quanto à compatibilidade com injeções de sangue. O problema era o tamanho das partículas. O hidrogel original continha partículas grandes demais para atingir com eficácia os vasos sanguíneos danificados e com vazamento.
Spang resolveu isso processando o precursor líquido do hidrogel em uma centrífuga. Isso permitiu à equipe separar as partículas maiores e manter apenas as partículas nanométricas. O material foi então dialisado, filtrado estéril e liofilizado. Quando água estéril é adicionada ao pó final, ele se torna um material orgânico que pode ser administrado por via intravenosa ou injetado em uma artéria coronária do coração.
Como ele encontra o tecido lesionado?
Quando os pesquisadores testaram o biomaterial em um modelo de ataque cardíaco em ratos, eles esperavam que ele se movesse através dos vasos sanguíneos com vazamento e chegasse aos tecidos danificados. Após um ataque cardíaco, podem formar-se lacunas entre as células endoteliais, que revestem o interior dos vasos sanguíneos.
Em vez disso, a equipe viu algo ainda mais surpreendente. Os biomateriais, ligados a estas células endoteliais, ajudaram a fechar as lacunas e aceleraram 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 ataque cardíaco e observaram resultados semelhantes. Em ratos e porcos com infarto agudo do miocárdio induzido por infusão intracoronária, o biomaterial foi associado à contração ventricular esquerda, melhora nos escores de motilidade parietal e alteração na expressão gênica associada ao reparo e inflamação tecidual.
Potencial além do coração
Embora a maior parte do trabalho tenha se concentrado nos danos do ataque cardíaco, os pesquisadores também testaram se as mesmas biomoléculas podem atingir outros tecidos inflamados. Em modelos de ratos, eles encontraram provas de conceito de que a abordagem poderia ser eficaz para lesões cerebrais traumáticas e hipertensão arterial pulmonar.
Esse maior potencial é uma das partes mais interessantes do trabalho. Muitos órgãos e tecidos são de difícil acesso direto, mas todos são supridos por vasos sanguíneos. Se um biomaterial puder usar esses vasos como via de entrega, a medicina regenerativa poderá ser capaz de atingir lesões que de outra forma seriam difíceis de tratar.
“Embora a maior parte do trabalho nesta pesquisa envolva o coração, as possibilidades de tratamento de outros órgãos e tecidos de difícil acesso poderiam abrir o campo da engenharia de biomateriais/tecidos para tratar novas doenças”, disse Spang.
O que aconteceu no estudo de 2022
Desde o estudo original, trabalhos relacionados continuaram a explorar como os biomateriais baseados na matriz extracelular influenciam o reparo após o infarto do miocárdio. Um 2025 Comunicação da natureza Estudar Pesquisadores, incluindo Christman, usaram transcriptômica espacial e sequenciamento de RNA de núcleo único para examinar como os biomateriais de matriz extracelular injetáveis afetam o tecido cardíaco após o infarto do miocárdio. Estudos encontraram sinalização pró-reparo em modelos de camundongos envolvendo modulação imunológica, desenvolvimento vascular e linfático, ativação de fibroblastos, recuperação miocárdica, proliferação de células musculares lisas e neurogênese.
Este último trabalho não substituiu a necessidade de testes clínicos de biomateriais intravasculares, mas acrescentou mais detalhes sobre como esta classe de terapia de matriz extracelular cardíaca pode afetar a cura nos níveis celular e regional no coração lesado.
A Ventrix Bio, Inc., uma startup cofundada por Christman, também continua a avançar na tecnologia de matriz extracelular cardíaca. UM ClinicalTrials.gov A listagem do VentriGel descreve um estudo aberto de fase 1 em crianças com síndrome do coração esquerdo hipoplásico, patrocinado pela Emory University, para avaliar a segurança e a viabilidade da injeção intramiocárdica de material de matriz extracelular VentriGel Bio. A lista ainda não foi atribuída quando acessada.
Próximas etapas para testes em humanos
Christman e Ventrix Bio planejam buscar a aprovação da FDA para estudar o novo biomaterial intravascular para doenças cardíacas humanas. Se for aprovada para ensaios clínicos, a terapia deve demonstrar ser segura, prática para aplicação e suficientemente eficaz para melhorar os resultados dos pacientes.
Por enquanto, o tratamento permanece experimental. Mas o seu apelo é claro: sem necessidade de injeção direta no músculo cardíaco, é possível atingir o tecido lesionado a partir do interior, através de métodos existentes baseados em vasos sanguíneos ou por via intravenosa.
“Uma das principais razões pelas quais tratamos a doença arterial coronariana grave e o infarto do miocárdio é prevenir a progressão para disfunção ventricular esquerda e insuficiência cardíaca congestiva”, disse o Dr. Reeves. “Esta terapia facilmente administrada tem o potencial de desempenhar um papel importante no nosso regime de tratamento”.
