Suture intelligenti che curano e monitorano le ferite

 

 

In fase di progetto punti di sutura in grado di fornire farmaci o rilevare l’infiammazione e che potrebbero aiutare i pazienti a guarire dopo la resezione intestinale o altri tipi di interventi chirurgici.

Gli ingegneri del MIT hanno progettato suture “intelligenti” che non solo possono mantenere il tessuto in posizione, ma anche rilevare l’infiammazione e rilasciare farmaci.

Le nuove suture sono derivate da tessuto animale, simili alle suture utilizzate per la prima volta dagli antichi romani e chiamate oggi Catgut.

In una svolta moderna, il team del MIT ha rivestito le suture con idrogel che possono essere incorporati con sensori, farmaci o persino cellule che rilasciano molecole terapeutiche.

“Quello che abbiamo è una sutura che è bioderivata e modificata con un rivestimento di idrogel in grado di essere un serbatoio per sensori per l’infiammazione, o per farmaci come gli anticorpi monoclonali per trattare l’infiammazione. Sorprendentemente, il rivestimento ha anche la capacità di trattenere le cellule che sono vitali per un periodo prolungato “, afferma Giovanni Traverso, professore associato di ingegneria meccanica al MIT, gastroenterologo al Brigham and Women’s Hospital e autore senior dello studio.

I ricercatori immaginano che queste suture potrebbero aiutare i pazienti con malattia di Crohn a guarire dopo l’intervento chirurgico per rimuovere parte dell’intestino.

Le suture potrebbero anche essere adattate per guarire ferite o incisioni chirurgiche in altre parti del corpo, dicono i ricercatori.

Gli ex postdoc del MIT Jung Seung Lee e Hyunjoon Kim sono gli autori principali dell’articolo, che appare  sulla rivista Matter.

Le suture Catgut – che sono fatte da fili di collagene purificato da mucche, pecore o capre (ma non gatti) – formano nodi forti che si dissolvono naturalmente entro circa 90 giorni.

Sebbene siano disponibili anche suture sintetiche assorbibili, il catgut è ancora utilizzato in molti tipi di chirurgia.

Traverso e i suoi colleghi volevano vedere se potevano basarsi su questo tipo di sutura derivata dai tessuti per creare un materiale che fosse resistente e assorbibile e che avesse funzioni avanzate come il rilevamento e la somministrazione di farmaci.

Tali punti di sutura potrebbero essere particolarmente utili per i pazienti con malattia di Crohn che hanno bisogno di rimuovere una parte dell’intestino a causa del blocco da eccessive cicatrici o infiammazioni.

Questa procedura richiede la risigillatura delle due estremità lasciate dopo aver rimosso una sezione dell’intestino. Se quel sigillo non tiene saldamente, può portare a perdite pericolose per il paziente.

Per contribuire a ridurre questo rischio, il team del MIT ha voluto progettare una sutura che potesse non solo tenere il tessuto in posizione, ma anche rilevare l’infiammazione, un segnale di avvertimento precoce che gli intestini risigillati non stanno guarendo correttamente.

I ricercatori hanno creato le loro nuove suture dal tessuto suino, che hanno “decellularizzato” usando detergenti, per ridurre le possibilità di indurre infiammazione nel tessuto ospite.

Questo processo lascia dietro di sé un materiale privo di cellule che i ricercatori chiamano “De-gut”, che contiene proteine strutturali come il collagene, così come altre biomolecole presenti nella matrice extracellulare che circonda le cellule.

Dopo aver disidratato il tessuto e averlo attorcigliato in fili, i ricercatori hanno valutato la sua resistenza alla trazione – una misura di quanto allungamento può sopportare prima di rompersi – e hanno scoperto che era paragonabile alle suture catgut disponibili in commercio.

Hanno anche scoperto che le suture De-gut inducono molto meno di una risposta immunitaria dal tessuto circostante rispetto al catgut tradizionale.

“I tessuti decellularizzati sono stati ampiamente utilizzati nella medicina rigenerativa con la loro superba biofunzionalità”, afferma Lee.

“Ora suggeriamo una nuova piattaforma per eseguire il rilevamento e la consegna utilizzando tessuto decellularizzato, che aprirà nuove applicazioni di materiali derivati dai tessuti”.

Successivamente, i ricercatori hanno deciso di migliorare il materiale di sutura con funzioni aggiuntive. Per fare ciò, hanno rivestito le suture con uno strato di idrogel.

All’interno dell’idrogel, possono incorporare diversi tipi di carico: microparticelle che possono percepire l’infiammazione, varie molecole di farmaci o cellule viventi.

Per l’applicazione del sensore, i ricercatori hanno progettato microparticelle rivestite con peptidi che vengono rilasciati quando nel tessuto sono presenti enzimi associati all’infiammazione chiamati MMP. Questi peptidi possono essere rilevati utilizzando un semplice test delle urine.

I ricercatori hanno anche dimostrato che potrebbero utilizzare il rivestimento di idrogel per trasportare farmaci usati per trattare la malattia infiammatoria intestinale, tra cui uno steroide chiamato desametasone e un anticorpo monoclonale chiamato adalimumab.

Questi farmaci sono stati trasportati da microparticelle realizzate con polimeri approvati dalla FDA come PLGA e PLA, che vengono utilizzati per controllare il tasso di rilascio dei farmaci.

Questo approccio potrebbe anche essere adattato per fornire altri tipi di farmaci come antibiotici o farmaci chemioterapici, dicono i ricercatori.

Queste suture intelligenti potrebbero anche essere utilizzate per fornire cellule terapeutiche come le cellule staminali.

Per esplorare questa possibilità, i ricercatori hanno incorporato le suture con cellule staminali ingegnerizzate per esprimere un marcatore fluorescente e hanno scoperto che le cellule sono rimaste vitali per almeno sette giorni quando impiantate nei topi.

Le cellule sono state anche in grado di produrre fattore di crescita endoteliale vascolare (VEGF), un fattore di crescita che stimola la crescita delle cellule del sangue.

I ricercatori stanno ora lavorando per testare ulteriormente ciascuna di queste possibili applicazioni e per aumentare il processo di produzione per le suture.

Sperano anche di esplorare la possibilità di utilizzare le suture in parti del corpo diverse dal tratto gastrointestinale.