Двухкомпонентная система может стать новым способом остановки внутренних кровотечений
Инженеры MIT разработали двухкомпонентную систему, которую можно ввести в организм для помощи в образовании тромбов в местах внутренних повреждений. Эти материалы, имитирующие естественный процесс свертывания крови, могут помочь поддерживать жизнь людей с тяжелыми внутренними травмами до их доставки в больницу.
В модели внутренней травмы у мышей исследователи показали, что эти компоненты — наночастица и полимер — работают значительно лучше, чем разработанные ранее гемостатические наночастицы.
«Особенно впечатляющим в этих результатах был уровень восстановления после тяжелой травмы, который мы наблюдали в исследованиях на животных. Последовательное введение двух взаимодополняющих систем позволяет получить гораздо более прочный сгусток», — говорит Пола Хаммонд.
В отличие от ранее разработанных гемостатических систем, новая технология MIT имитирует действие как тромбоцитов (клеток, инициирующих свертывание крови), так и фибриногена (белка, способствующего образованию сгустков).
«Идея использования двух компонентов позволяет селективное гелеобразование гемостатической системы по мере увеличения концентрации в ране, имитируя конечный эффект естественного каскада свертывания», — говорит Брэдли Олсен.
Ведущим автором статьи, опубликованной в Advanced Healthcare Materials, является постдок Celestine Hong Ph.D. '22.
Искусственное свертывание
Кровопотеря в результате травм, таких как автомобильные аварии, ежегодно приводит к более чем 2.5 миллионам смертей во всем мире. Такая тупая травма может вызвать внутреннее кровотечение из органов, например, печени, которое трудно обнаружить и лечить. В таких случаях критически важно остановить кровотечение как можно скорее, до транспортировки пациента в больницу.
Когда происходит внутренняя травма, тромбоциты устремляются к месту повреждения и запускают каскад свертывания крови, в конечном итоге образуя липкую пробку из тромбоцитов и белков свертывания, включая фибриноген. Однако при большой кровопотере у пациентов не хватает тромбоцитов или фибриногена для образования сгустков. Команда MIT стремилась создать искусственную систему, которая могла бы спасать жизни, заменяя оба этих компонента свертывания.
«Мы пытаемся воспроизвести то, как они взаимодействуют друг с другом», — говорит Хонг.
Для этого исследователи создали систему с двумя типами материалов:
- Наночастица, которая рекрутирует тромбоциты.
- Полимер, имитирующий фибриноген.
Наночастицы для рекрутинга тромбоцитов сделаны из биосовместимого полимера PEG-PLGA и функционализированы пептидом GRGDS, позволяющим им связываться с активированными тромбоцитами. Оптимальный размер частиц (140–220 нанометров) обеспечивает их накопление в месте раны без значительного накопления в органах, где образование сгустков было бы рискованно.
Сшивающие агенты (кросслинкеры), изготовленные из PEG или PEG-PLGA, связываются с нацеливающими частицами, накопившимися в месте раны, и образуют сгустки, имитирующие тромбы.
«Идея в том, что при циркуляции обоих компонентов в кровотоке, если есть место ранения, целевой компонент начнет накапливаться там и также связывать сшивающий агент. При высокой концентрации обоих компонентов происходит больше сшивания, и они начинают образовывать этот "клей", помогая процессу свертывания», — объясняет Хонг.
Остановка кровотечения
При тестировании на модели внутренней травмы у мышей двухкомпонентная система оказалась высокоэффективной в остановке кровотечения и работала примерно вдвое лучше, чем нацеливающая частица сама по себе.
Еще одно важное преимущество искусственных сгустков — они не разрушаются так быстро, как естественные. При большой кровопотере и введении физиологического раствора естественные тромбы ослабевают и быстрее деградируют, однако искусственные сгустки менее подвержены такому эффекту.
Исследователи также не обнаружили значительной иммунной реакции на наночастицы у мышей. В планах — тестирование системы на более крупной животной модели.
В долгосрочной перспективе исследователи надеются изучить возможность использования портативных устройств визуализации для обнаружения введенных наночастиц в организме. Это могло бы помочь медикам быстро определить место внутреннего кровотечения, что в настоящее время возможно только в больнице с помощью МРТ, УЗИ или хирургического вмешательства.
«Возможность комбинировать эту систему с диагностическими инструментами — это одна из областей, которая нас интересует», — говорит Хонг.