هنگامی که دستگاه‌های پزشکی مانند ضربان‌ساز در بدن کاشته می‌شوند، معمولاً پاسخ ایمنی را تحریک می‌کنند که منجر به تجمع بافت اسکار در اطراف ایمپلنت می‌شود. این اسکار که به عنوان فیبروز شناخته می شود، می تواند در عملکرد دستگاه ها اختلال ایجاد کند و ممکن است نیاز به برداشتن آنها داشته باشد مهندسان MIT در پیشرفتی که می تواند از این نوع خرابی دستگاه جلوگیری کند، یک راه ساده و کلی برای از بین بردن فیبروز با پوشش دستگاه ها با چسب هیدروژل پیدا کرده اند. این چسب دستگاه ها را به بافت متصل می کند و از حمله سیستم ایمنی به آن جلوگیری می کند.
رویای بسیاری از گروه‌ها و شرکت‌های تحقیقاتی این است که چیزی را در بدن کاشته کنند که در درازمدت بدن آن را نبیند و دستگاه بتواند عملکرد درمانی یا تشخیصی را ارائه دهد. اکنون ما چنین “پوشش نامرئی” داریم و این ژوانه ژائو، استاد مهندسی مکانیک و مهندسی عمران و محیط زیست MIT می‌گوید: «نه نیازی به دارو، نه به پلیمر خاصی وجود دارد».
چسبی که محققان در این مطالعه استفاده کردند از پلیمرهایی به نام هیدروژل با پیوند متقابل ساخته شده است و شبیه نوار جراحی است که قبلا برای کمک به مهر و موم کردن زخم های داخلی ساخته بودند. محققان دریافتند انواع دیگر چسب های هیدروژل نیز می توانند در برابر فیبروز محافظت کنند و آنها معتقدند که این روش می تواند نه تنها برای ضربان سازها بلکه برای حسگرها یا دستگاه هایی که دارو یا سلول های درمانی را ارائه می دهند نیز استفاده شود.
جلوگیری از فیبروز
در سال‌های اخیر، آزمایشگاه ژائو چسب‌هایی را برای انواع کاربردهای پزشکی، از جمله نوارهای دو طرفه و یک طرفه ساخته است که می‌تواند برای بهبود برش‌های جراحی یا آسیب‌های داخلی استفاده شود. این چسب ها با جذب سریع آب از بافت های مرطوب، با استفاده از پلی اکریلیک اسید، ماده جاذب مورد استفاده در پوشک، عمل می کنند. هنگامی که آب پاک می شود، گروه های شیمیایی به نام استرهای NHS که در پلی اکریلیک اسید تعبیه شده اند، پیوندهای قوی با پروتئین ها در سطح بافت ایجاد می کنند. این فرآیند حدود پنج ثانیه طول می کشد.
چندین سال پیش، ژائو و یوک شروع به بررسی کردند که آیا این نوع چسب می‌تواند به نگه داشتن ایمپلنت‌های پزشکی و جلوگیری از بروز فیبروز کمک کند.
برای آزمایش این ایده، وو دستگاه های پلی اورتان را با چسب آنها پوشاند و آنها را روی دیواره شکم، روده بزرگ، معده، ریه یا قلب موش ها کاشت. چند هفته بعد، آنها دستگاه را برداشتند و متوجه شدند که هیچ بافت زخم قابل مشاهده ای وجود ندارد. آزمایش‌های اضافی با سایر مدل‌های حیوانی نیز همین موضوع را نشان داد: هر جا که دستگاه‌های پوشش‌داده شده با چسب کاشته شدند، فیبروز تا سه ماه رخ نداد.
وو می‌گوید: «این کار واقعاً یک استراتژی بسیار کلی را شناسایی کرده است، نه تنها برای یک مدل حیوانی، یک اندام یا یک کاربرد.» در تمام این مدل های حیوانی، ما نتایج ثابت و قابل تکرار بدون هیچ کپسول فیبروتیک قابل مشاهده داریم.
محققان با استفاده از توالی RNA حجیم و تصویربرداری فلورسنت، پاسخ ایمنی حیوانات را مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند و دریافتند هنگامی که برای اولین بار دستگاه هایی با پوشش های چسبنده کاشته شدند، سلول های ایمنی مانند نوتروفیل ها شروع به نفوذ به منطقه کردند. با این حال، حملات قبل از تشکیل هر گونه بافت اسکار به سرعت فروکش کردند.
یوک می‌گوید: «برای دستگاه‌های چسبیده، یک پاسخ التهابی حاد وجود دارد، زیرا یک ماده خارجی است. با این حال، خیلی سریع آن پاسخ التهابی از بین رفت و از آن نقطه به بعد، شما این تشکیل فیبروز را ندارید.
یکی از کاربردهای این چسب می‌تواند پوشش‌هایی برای ضربان‌سازهای اپیکاردی باشد – دستگاه‌هایی که روی قلب قرار می‌گیرند تا به کنترل ضربان قلب کمک کنند. سیم‌هایی که با قلب تماس می‌گیرند اغلب فیبروتیک می‌شوند، اما تیم MIT دریافتند که وقتی سیم‌هایی با پوشش چسب در موش‌ها کاشته می‌شوند، حداقل برای سه ماه بدون ایجاد بافت اسکار عمل می‌کنند.
نشانه های مکانیکی
محققان همچنین یک چسب هیدروژل شامل کیتوزان، یک پلی ساکارید طبیعی را آزمایش کردند و دریافتند که این چسب فیبروز را در مطالعات حیوانی نیز از بین می برد. با این حال، دو چسب بافت تجاری موجود که آنها آزمایش کردند، این اثر ضد فیبروتیک را نشان ندادند، زیرا چسب‌های موجود در بازار در نهایت از بافت جدا شدند و به سیستم ایمنی اجازه حمله دادند.
در آزمایشی دیگر، محققان ایمپلنت ها را با چسب های هیدروژل پوشاندند اما سپس آنها را در محلولی خیس کردند که خواص چسبندگی پلیمرها را از بین برد، در حالی که ساختار شیمیایی کلی آنها یکسان بود. پس از کاشت در بدن، جایی که آنها توسط بخیه در جای خود نگه داشته شدند، اسکار فیبروتیک ایجاد شد. به گفته محققان، این نشان می دهد که چیزی در مورد تعامل مکانیکی بین چسب و بافت وجود دارد که از حمله سیستم ایمنی جلوگیری می کند.
ژائو، که اکنون قصد دارد در مورد چگونگی عملکرد مکانیکی بیشتر تحقیق کند، می‌گوید: «تحقیقات قبلی در ایمونولوژی بر روی شیمی و بیوشیمی متمرکز شده‌اند، اما مکانیک و فیزیک ممکن است نقش‌های مشابهی داشته باشند، و ما باید به آن نشانه‌های مکانیکی و فیزیکی در پاسخ‌های ایمنی توجه کنیم. نشانه ها روی سیستم ایمنی تاثیر می گذارد.
Yuk، Zhao و دیگران شرکتی به نام SanaHeal راه اندازی کرده اند که اکنون در حال کار بر روی توسعه بیشتر چسب های بافتی برای کاربردهای پزشکی است.
یوک می‌گوید: «به‌عنوان یک تیم، ما علاقه‌مندیم این موضوع را به جامعه گزارش کنیم و گمانه‌زنی‌ها و تخیل‌ها را در مورد اینکه کجا می‌تواند پیش برود، برانگیزد. سناریوهای زیادی وجود دارد که در آن افراد می‌خواهند با مواد خارجی یا مصنوعی در بدن مانند دستگاه‌های قابل کاشت، انبارهای دارو یا انبارهای سلولی ارتباط برقرار کنند.»
.Materials provided by Massachusetts Institute of Technology. Original written by Anne Trafton, MIT News. Note: Content may be edited for style and length
