211service.com
Anti-zoccoli
I piccoli vasi sanguigni artificiali hanno lo scopo di offrire speranza ai pazienti con bypass cardiaco. Il problema è che questi minuscoli vasi sintetici tendono a intasarsi. Ora, ingegnere biomedico Donald Elbert e il suo squadra alla Washington University, a St. Louis, hanno sviluppato un nuovo materiale progettato per indurre il corpo a costruire vasi dalle proprie cellule.
I bioingegneri della Washington University immaginano che il gel qui raffigurato un giorno risolverà un problema di coagulazione nei piccoli vasi sanguigni artificiali. Il gel, composto da frammenti proteici (rettangoli blu), albumina proteica del sangue (fiocchi grigi), un lipide di segnalazione (macchie gialle) e un polimero sintetico (stelle blu), convincerebbe le cellule endoteliali (grumo grigio), che rivestono le cellule umane vasi sanguigni, per colonizzare l'interno dei vasi artificiali.
La radice del problema dell'intasamento è la termodinamica, dice Elbert. Quando un vaso è fatto di Teflon modificato, o qualsiasi cosa oltre alle cellule del corpo, le proteine della coagulazione nel sangue urtano contro le pareti dei vasi, si attaccano, si aprono e si attivano, innescando reazioni di coagulazione. I coaguli sono troppo piccoli per bloccare i grandi vasi e infatti le aorte di Teflon sono comuni. Ma in vasi più stretti di sei millimetri di diametro, i coaguli creano zoccoli. Di conseguenza, i pazienti con bypass cardiaco non possono ricevere piccoli impianti di vasi artificiali. Invece, i piccoli vasi devono essere raccolti dal corpo del paziente in modo che il sangue possa essere reindirizzato. Questo è un intervento chirurgico extra e, alla fine, il paziente potrebbe rimanere senza vasi da raccogliere.
Multimedia
ANIMAZIONE: Cellule endoteliali su gel
La soluzione di Elbert è un nuovo rivestimento per l'interno dei vasi artificiali. È composto principalmente da sostanze presenti nel corpo umano. Il glicole polietilenico, l'unico ingrediente sintetico, è un polimero a molte braccia utilizzato nel dentifricio e nello shampoo. Quando esposto al sangue, respinge quasi tutte le proteine della coagulazione che cercano di attaccarsi ad esso. L'albumina, una proteina del sangue, è inclusa per legare insieme i glicoli polietilenici. Le braccia del glicole polietilenico si legano a due ingredienti biologicamente attivi. Uno degli ingredienti è un frammento proteico che agisce come il velcro, legando le cellule endoteliali, che rivestono i vasi sanguigni umani, al rivestimento artificiale. L'altro ingrediente bioattivo è un enzima presente nel sangue che può catturare una sostanza grassa, o lipide, dal flusso sanguigno e convertirla in un lipide chiamato sfingosina-1-fosfato che invia segnali di crescita e sopravvivenza alle cellule endoteliali.
Fare la miscela è semplice, dice Elbert. Tutti gli ingredienti vengono mescolati in acqua e lasciati per una notte. Al mattino formano un gel.
Elbert immagina che un innesto sintetico rivestito con il rivestimento potrebbe quindi essere cucito in un vaso sanguigno esistente. Il glicole polietilenico respingerebbe la maggior parte delle proteine della coagulazione per un po' di tempo. Nel frattempo, l'enzima produrrebbe e rilascerebbe il lipide che segnala le cellule endoteliali, incoraggiandole a crescere sui bordi dell'innesto. I frammenti proteici manterrebbero le cellule sulla superficie. Il gel rilascerebbe più lipidi, segnalando alle cellule di dividersi e colonizzare. Dopo un mese o due, si spera che l'intera superficie interna dell'innesto sia rivestita con uno strato di cellule, dice Elbert. Le cellule emetterebbero sostanze chimiche per ostacolare la coagulazione, come fanno naturalmente nel corpo.
Altri ricercatori stanno combattendo il problema della coagulazione in modi diversi, osserva Elbert. Molte persone stanno cercando di creare vasi sanguigni con l'ingegneria dei tessuti, dice. Gli ingegneri dei tessuti rimuovono le cellule dai vasi di un paziente, le fanno crescere su un tubo poroso e nutrono la struttura finché non è abbastanza forte da reimpiantare. I coaguli non ostruiscono questi vasi perché sono rivestiti di cellule endoteliali. Funziona, dice Elbert. Ma far crescere un vaso sanguigno umano in un laboratorio è lento e incredibilmente costoso. E i vasi possono essere fragili: il flusso sanguigno può strappare le cellule, causando la coagulazione. Altri hanno provato a realizzare vasi sintetici con materiali resistenti al coagulo. Questi sono economici e robusti. E resistono ai grumi per qualche tempo. Ma dopo diversi anni, possono intasarsi. Nessuno dei due metodi ha avuto successo negli animali.
A differenza di altre alternative, afferma Elbert, i vasi rivestiti con il materiale della sua squadra sarebbero economici, facili, durevoli, non coagulanti e non immunogeni. Finora, il suo gel ha superato alcuni test iniziali in laboratorio. Le cellule endoteliali migrano rapidamente sopra il gel. Le cellule si attaccano ad esso, anche all'interno di una camera di flusso, che simula la forza di taglio del flusso sanguigno.
Elbert aggiunge che il gel del suo team può anche aiutare il corpo a far crescere nuove reti di vasi. Le membrane delle uova di gallina trattate con esso sviluppavano nuove reti di vasi. Si potrebbe immaginare di mettere il materiale vicino al cuore dopo un attacco di cuore, permettendo al lipide di diffondersi nella parete del cuore e formare nuovi vasi che aiuterebbero il cuore a sopravvivere, dice.
È troppo presto per sapere come si comportano i vasi o il gel di Elbert nel corpo umano, avvertenze Robert Langer , professore di ingegneria chimica e biologica al MIT. Molte formulazioni sembravano promettenti in laboratorio, solo per fallire negli animali, dice. La chiave sono gli studi sugli animali, in particolare sui maiali.
Anche la sicurezza è una preoccupazione, aggiunge Omolola Eniola-Adefoso , assistente professore di ingegneria chimica presso l'Università del Michigan. Si preoccupa che il lipide di Elbert, che invia molti segnali nel corpo, possa interrompere i normali processi corporei.
Bisogna essere estremamente attenti, concorda Elbert. Grandi quantità di lipidi possono sopprimere il sistema immunitario e innescare la morte cellulare. Ha in programma di determinare quanto può fornire per stimolare le cellule endoteliali senza sovraccaricare. I test sugli animali inizieranno nel 2007 e continueranno per almeno quattro anni, dice.
Per quanto riguarda il problema della coagulazione, ci sono tanti ingegneri che ci lavorano quanti sono i dipartimenti di bioingegneria in tutto il paese, afferma Eniola-Adefiso. Finora, dice, quello di Elbert è l'approccio più promettente.