Un biomateriale progettato per viaggiare attraverso il flusso sanguigno potrebbe offrire un modo meno invasivo per calmare l’infiammazione e favorire la riparazione dei tessuti danneggiati. Negli studi sugli animali, il materiale iniettabile ha migliorato il danno tissutale causato da attacchi cardiaci sia nei roditori che negli animali di grossa taglia. I primi esperimenti di verifica del concetto hanno inoltre suggerito che lo stesso approccio potrebbe un giorno rivelarsi utile per altre patologie infiammatorie, tra cui le lesioni cerebrali traumatiche e l’ipertensione arteriosa polmonare.
“Questo biomateriale permette di trattare i tessuti danneggiati dall’interno verso l’esterno”, ha affermato Karen Christman, professoressa di bioingegneria all’Università della California di San Diego e ricercatrice principale del team che ha sviluppato il materiale. “Si tratta di un nuovo approccio all’ingegneria rigenerativa.”
I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature Biomedical Engineering nel 2022 da un team di bioingegneri e medici. All’epoca, Christman affermò che uno studio sull’uomo per testare la sicurezza e l’efficacia del biomateriale avrebbe potuto iniziare entro uno o due anni.
Una nuova via per riparare i danni cardiaci
Gli attacchi cardiaci rimangono una delle emergenze mediche più gravi negli Stati Uniti, con circa 785.000 nuovi casi ogni anno. Quando il flusso sanguigno al cuore viene bloccato, il tessuto cardiaco può danneggiarsi o morire. L’organismo reagisce formando tessuto cicatriziale, ma questo tessuto non si contrae come il muscolo cardiaco sano. Nel tempo, ciò può indebolire il cuore e contribuire all’insufficienza cardiaca congestizia.
Attualmente non esiste una terapia consolidata in grado di riparare direttamente il tessuto cardiaco dopo un infarto. Le cure esistenti si concentrano sul ripristino del flusso sanguigno, sulla limitazione di ulteriori danni e sulla gestione del rischio di futuri problemi cardiaci.
“La coronaropatia, l’infarto miocardico acuto e l’insufficienza cardiaca congestizia continuano a rappresentare i problemi di salute pubblica più gravi che affliggono la nostra società odierna”, ha affermato il dottor Ryan R. Reeves, medico presso la Divisione di Medicina Cardiovascolare dell’UC San Diego. “Come cardiologo interventista, che cura quotidianamente pazienti affetti da coronaropatia e insufficienza cardiaca congestizia, sarei entusiasta di poter disporre di un’ulteriore terapia per migliorare gli esiti clinici dei pazienti e ridurre i sintomi debilitanti”.
Dal gel idrogel cardiaco all’infusione nel flusso sanguigno.
Il lavoro si basa su precedenti ricerche del team di Christman che prevedevano l’utilizzo di un idrogel ricavato dalla struttura naturale del tessuto muscolare cardiaco, nota anche come matrice extracellulare (ECM). Questo gel è stato progettato per essere somministrato direttamente nel muscolo cardiaco danneggiato tramite un catetere. Una volta posizionato, forma una struttura di supporto che favorisce la crescita cellulare e la riparazione dei tessuti.
I risultati di una sperimentazione clinica di fase 1 sull’uomo, condotta con successo su un precedente approccio basato sull’idrogel, sono stati pubblicati nell’autunno del 2019. Lo studio ha dimostrato che l’iniezione transendocardica di VentriGel, un idrogel a base di matrice extracellulare cardiaca, è sicura e fattibile nei pazienti post-infarto con disfunzione ventricolare sinistra, sebbene siano necessari studi randomizzati più ampi per verificarne l’efficacia nel migliorare gli esiti clinici.
Il metodo dell’iniezione diretta, tuttavia, presenta un’importante limitazione. Poiché richiede un’iniezione con ago nel muscolo cardiaco, in genere non può essere utilizzato immediatamente dopo un infarto. Somministrarlo troppo presto potrebbe comportare il rischio di ulteriori danni.
Questa sfida ha spinto i ricercatori verso un’idea diversa: un biomateriale che potesse essere infuso in un vaso sanguigno del cuore durante procedure come l’angioplastica o l’inserimento di uno stent, oppure somministrato per via endovenosa.
“Il nostro obiettivo era progettare una terapia a base di biomateriali che potesse essere somministrata a organi e tessuti difficilmente accessibili, e abbiamo ideato un metodo per sfruttare il flusso sanguigno, ovvero i vasi che già irrorano questi organi e tessuti”, ha affermato Martin Spang, primo autore dell’articolo, che ha conseguito il dottorato di ricerca nel gruppo di Christman presso il Dipartimento di Bioingegneria Shu Chien-Gene Lay.
Perché la somministrazione endovenosa è importante
L’approccio basato sul flusso sanguigno conferisce al biomateriale un notevole vantaggio pratico. Invece di rimanere confinato in pochi punti di iniezione, può diffondersi in modo più uniforme nel tessuto danneggiato. Ciò potrebbe renderlo particolarmente prezioso dopo un infarto, quando le aree lesionate possono essere difficili da raggiungere direttamente e il tempo è un fattore critico.
Lo studio pubblicato su Nature Biomedical Engineering ha descritto il materiale come un biomateriale a matrice extracellulare infuso per via endovenosa, ottenuto da miocardio ventricolare decellularizzato, digerito enzimaticamente e frazionato. Il materiale è stato progettato per localizzarsi nel tessuto danneggiato legandosi alla microvascolatura permeabile e si degrada in gran parte entro circa tre giorni.
Come viene prodotto il biomateriale
Per creare la versione iniettabile, i ricercatori del laboratorio di Christman sono partiti dall’idrogel che avevano già sviluppato e testato per la compatibilità con le iniezioni di sangue. Il problema era la dimensione delle particelle. L’idrogel originale conteneva particelle troppo grandi per colpire efficacemente i vasi sanguigni danneggiati e permeabili.
Spang ha risolto questo problema processando il precursore liquido dell’idrogel in una centrifuga. Ciò ha permesso al team di separare le particelle più grandi e di conservare solo quelle di dimensioni nanometriche. Il materiale è stato quindi dializzato, filtrato sterilmente e liofilizzato. Quando all’acqua sterile viene aggiunta la polvere finale, si ottiene un biomateriale che può essere somministrato per via endovenosa o infuso in un’arteria coronaria del cuore.
Come individua i tessuti danneggiati
Quando i ricercatori hanno testato il biomateriale su un modello murino di infarto, si aspettavano che si diffondesse attraverso i vasi sanguigni danneggiati e penetrasse nel tessuto leso. Dopo un infarto, infatti, possono formarsi delle lacune tra le cellule endoteliali, che rivestono l’interno dei vasi sanguigni.
Il team ha invece osservato qualcosa di ancora più sorprendente. Il biomateriale, attaccato alle cellule endoteliali, ha contribuito a chiudere le lacune e sembra aver accelerato la guarigione dei vasi sanguigni. Questo processo ha ridotto l’infiammazione, una delle principali cause del danno tissutale in seguito a una lesione.
I ricercatori hanno quindi testato il trattamento su un modello suino di infarto miocardico, riscontrando risultati simili. Nei ratti e nei maiali con infarto miocardico acuto indotto, seguito da infusione intracoronarica, il biomateriale è stato associato a una riduzione del volume del ventricolo sinistro, a un miglioramento dei punteggi di motilità parietale e a cambiamenti nell’espressione genica correlati alla riparazione tissutale e all’infiammazione.
Potenziale oltre il cuore
Sebbene la maggior parte del lavoro si sia concentrata sui danni causati dall’infarto, i ricercatori hanno anche verificato se lo stesso biomateriale potesse agire su altri tessuti infiammati. Nei modelli murini, hanno trovato una prova di principio che questo approccio potrebbe essere utile per le lesioni cerebrali traumatiche e l’ipertensione arteriosa polmonare.
Questo potenziale più ampio è uno degli aspetti più interessanti del lavoro. Molti organi e tessuti sono difficili da raggiungere direttamente, ma tutti sono irrorati da vasi sanguigni. Se un biomateriale potesse utilizzare questi vasi come via di rilascio, la medicina rigenerativa potrebbe essere in grado di raggiungere lesioni altrimenti difficili da trattare.
“Sebbene la maggior parte del lavoro in questo studio abbia riguardato il cuore, le possibilità di trattare altri organi e tessuti difficilmente accessibili possono aprire il campo dei biomateriali/dell’ingegneria tissutale al trattamento di nuove malattie”, ha affermato Spang.
Cosa è successo dallo studio del 2022?
Dopo lo studio originale, la ricerca ha continuato a esplorare come i biomateriali a base di matrice extracellulare influenzino la riparazione dopo un infarto miocardico. Uno del 2025 pubblicato su Nature Communications, studio condotto da ricercatori tra cui Christman, ha utilizzato la trascrittomica spaziale e il sequenziamento dell’RNA a singolo nucleo per esaminare come i biomateriali iniettabili a base di matrice extracellulare influenzino il tessuto cardiaco dopo un infarto miocardico. Lo studio ha individuato segnali pro-riparativi che coinvolgono la modulazione immunitaria, lo sviluppo dei vasi sanguigni e linfatici, l’attivazione dei fibroblasti, il salvataggio del miocardio, la proliferazione delle cellule muscolari lisce e la neurogenesi in modelli murini.
Questo lavoro successivo non ha sostituito la necessità di test clinici sul biomateriale intravascolare, ma ha fornito maggiori dettagli su come questa classe di terapie a base di matrice extracellulare cardiaca possa influenzare la guarigione a livello cellulare e regionale all’interno dei cuori danneggiati.
Ventrix Bio, Inc., la startup cofondata da Christman, ha continuato a sviluppare tecnologie correlate alla matrice extracellulare cardiaca. Una scheda su ClinicalTrials.gov relativa a VentriGel descrive uno studio di fase 1 in aperto su bambini con sindrome del cuore sinistro ipoplasico, sponsorizzato dalla Emory University, per valutare la sicurezza e la fattibilità dell’iniezione intramiocardica del materiale a base di matrice extracellulare di Ventrix Bio. Al momento della consultazione, la scheda non era ancora in fase di reclutamento.
Prossimi passi per la sperimentazione sull’uomo
Christman e Ventrix Bio hanno in programma di richiedere l’autorizzazione alla FDA per studiare il nuovo biomateriale intravascolare per il trattamento di patologie cardiache negli esseri umani. Se approvata per la sperimentazione clinica, la terapia dovrà dimostrare di essere sicura, pratica da somministrare e sufficientemente efficace da migliorare le condizioni dei pazienti.
Per ora, il trattamento rimane sperimentale. Ma il suo potenziale è evidente: anziché richiedere iniezioni dirette nel muscolo cardiaco, potrebbe potenzialmente essere somministrato attraverso procedure già esistenti che utilizzano i vasi sanguigni o per via endovenosa, raggiungendo il tessuto danneggiato dall’interno.
“Uno dei motivi principali per cui trattiamo la coronaropatia grave e l’infarto miocardico è prevenire la disfunzione ventricolare sinistra e la progressione verso l’insufficienza cardiaca congestizia”, ha affermato il dottor Reeves. “Questa terapia di facile somministrazione ha il potenziale per svolgere un ruolo significativo nel nostro approccio terapeutico.”
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