Ежегодно более 20 миллионов американцев проходят колоноскопию, и во многих из этих случаев врачи удаляют полипы размером 2 см и больше, требующие дополнительного ухода. Эта процедура значительно снизила общую заболеваемость раком толстой кишки, но не обошлась без осложнений, поскольку у пациентов может возникнуть желудочно-кишечное кровотечение как во время, так и после процедуры.
В надежде предотвратить возникновение этих осложнений исследователи из Массачусетского технологического института разработали новый гель GastroShield, который можно распылять на места хирургического вмешательства через эндоскоп. Этот гель образует прочный, но гибкий защитный слой, который служит щитом для поврежденного участка. Материал предотвращает замедленное кровотечение и укрепляет механическую целостность тканей.
«Наша технология тканезависимого клея разработана для взаимодействия с тканями посредством дополнительных ковалентных и ионных взаимодействий, а также физических взаимодействий, чтобы обеспечить длительную защиту повреждений в течение нескольких дней и предотвратить осложнения после удаления полипа и других ран, подверженных риску кровотечения через желудочно-кишечный тракт». — говорит Натали Арци, главный научный сотрудник Института медицинской инженерии и науки Массачусетского технологического института, доцент кафедры медицины Гарвардской медицинской школы и старший автор статьи.
В ходе исследования на животных ученые показали, что приложение GastroShield легко интегрируется с современными эндоскопическими процедурами и обеспечивает защиту ран на срок от трех до семи дней, помогая заживлению тканей после операции. Арци и другие члены исследовательской группы основали компанию BioDevek, которая планирует дальнейшую разработку материала для использования на людях.
Гонсало Муньос Табоада, генеральный директор BioDevek, и Дэниел Дахис, ведущий научный сотрудник BioDevek, являются ведущими авторами исследования, которое опубликовано в журнале Advanced Materials . Элазер Эдельман, профессор медицинской инженерии и науки Эдварда Дж. Пойтраса в Массачусетском технологическом институте и директор IMES, и Пере Доста, бывший постдок в лаборатории Арци, также являются авторами статьи.
Адгезивные гели
Регулярные обследования на рак толстой кишки часто выявляют небольшие предраковые полипы, которые можно удалить до того, как они станут злокачественными. Обычно это делается с помощью эндоскопа. Если во время удаления полипа возникает кровотечение, врачи могут прижечь рану, чтобы заклеить ее, но этот метод создает рубец, который может замедлить заживление и привести к дополнительным осложнениям.
Кроме того, у некоторых пациентов кровотечение возникает только через несколько дней после процедуры. Это может быть опасно и может потребовать от пациентов вернуться в больницу для дополнительного лечения. У других пациентов могут развиться небольшие разрывы, которые приводят к попаданию содержимого кишечника в брюшную полость, что может привести к тяжелой инфекции и потребовать неотложной помощи.
Когда требуется укрепление тканей, врачи часто вставляют металлические зажимы, чтобы скрепить ткани, но их нельзя использовать при более крупных полипах, и они не всегда эффективны. Попытки разработать гель, который мог бы закрывать хирургические раны, не увенчались успехом, главным образом потому, что материалы не могли прилипать к месту операции более 24 часов.
Команда Массачусетского технологического института протестировала десятки комбинаций материалов, которые, по их мнению, могли иметь подходящие свойства для такого использования. Они хотели найти составы, которые обладали бы достаточно низкой вязкостью, чтобы их можно было легко доставлять и распылять через сопло на конце катетера, которое помещается в коммерческие эндоскопы.
В то же время при контакте с тканью этот состав должен мгновенно образовывать плотный гель, прочно прилипающий к ткани. Они также хотели, чтобы гель был достаточно гибким, чтобы выдерживать силы, создаваемые перистальтическими движениями пищеварительного тракта и проходящей мимо пищей.
Исследователи придумали выигрышную комбинацию, включающую полимер под названием плюроник, который представляет собой тип блок-сополимера, который может самособираться в сферы, называемые мицеллами. Концы этих полимеров содержат множество аминогрупп, которые оказываются на поверхности мицелл. Второй компонент геля — окисленный декстран — полисахарид, способный образовывать прочные, но обратимые связи с аминогруппами плюроновых мицелл.
При распылении эти материалы мгновенно вступают в реакцию друг с другом и со слизистой оболочкой желудочно-кишечного тракта, образуя твердый гель менее чем за пять секунд. Мицеллы, составляющие гель, являются «самовосстанавливающимися» и могут поглощать силы, с которыми они сталкиваются в результате перистальтических движений и движения пищи по пищеварительному тракту, временно разрываясь на части, а затем снова собираясь.
«Чтобы получить материал, который соответствует критериям проектирования и может быть доставлен через существующие колоноскопы, мы проверили библиотеки материалов, чтобы понять, как различные параметры влияют на гелеобразование, адгезию, удержание и совместимость», — говорит Арци.
Защитный слой
Гель также может противостоять низкому pH и ферментативной активности в пищеварительном тракте и защищать ткани от суровой окружающей среды во время самозаживления, что подчеркивает его потенциал для использования при других желудочно-кишечных ранах с высоким риском кровотечения, таких как язвы желудка , которые поражают более чем 4 миллиона американцев каждый год.
В ходе испытаний на животных исследователи обнаружили, что у каждого животного, обработанного новым гелем, наблюдалось быстрое запечатывание, и в течение недели после лечения не было никаких перфораций, утечек или кровотечений. Материал продержался около пяти дней, после чего отшелушился вместе с верхним слоем тканей по мере заживления операционных ран.
Исследователи также провели несколько исследований биосовместимости и обнаружили, что гель не вызывает каких-либо побочных эффектов.
«Ключевой особенностью этой новой технологии является наша цель сделать ее трансляционной. GastroShield был разработан для хранения в жидкой форме в готовом к использованию наборе. Кроме того, для его активации не требуется никакой активации, освещения или триггерного раствора. сформировать гель, стремясь сделать эндоскопическое использование простым и быстрым», — говорит Муньос, который в настоящее время возглавляет проект по переводу GastroShield.
BioDevek сейчас работает над дальнейшей разработкой материала для возможного использования у пациентов. По словам Арци, помимо потенциального использования в колоноскопии, этот гель также может быть полезен для лечения язв желудка и воспалительных состояний, таких как болезнь Крона, или для доставки лекарств от рака.
