Um biomaterial projetado para viajar pela corrente sanguínea poderia oferecer uma maneira menos invasiva de acalmar a inflamação e ajudar a reparar tecidos danificados. Em estudos com animais, a substância injetável melhorou os danos teciduais causados por ataques cardíacos em roedores e animais de grande porte. As primeiras experiências de prova de conceito também mostraram que a mesma abordagem poderá um dia ser útil para outras doenças causadas por inflamação, incluindo lesão cerebral traumática e hipertensão pulmonar.
“Este biomaterial permite curar tecidos danificados por dentro”, disse Karen Christman, professora de bioengenharia na Universidade da Califórnia, em San Diego, e pesquisadora principal da equipe que desenvolveu o material. “Esta é uma nova abordagem para a engenharia regenerativa.”
As descobertas foram relatadas a Engenharia biomédica da natureza em 2022 por um grupo de bioengenheiros e médicos. Na época, Christman disse que um teste em humanos para testar a segurança e eficácia do biomaterial poderia começar dentro de um a dois anos.
Uma nova maneira de reparar danos cardíacos
Os ataques cardíacos continuam a ser uma das emergências mais graves nos Estados Unidos, com uma estimativa de 785.000 novos casos a cada ano. Quando o fluxo sanguíneo para o coração é bloqueado, o tecido cardíaco pode ser danificado ou morrer. O corpo responde formando tecido cicatricial, mas esse tecido cicatricial não se contrai como o músculo cardíaco saudável. Com o tempo, isso pode enfraquecer o coração e contribuir para a insuficiência cardíaca congestiva.
Atualmente não existe terapia estabelecida que repare diretamente o tecido cardíaco após um ataque cardíaco. Os cuidados atuais visam restaurar o fluxo sanguíneo, limitar novas lesões e controlar o risco de futuros problemas cardíacos.
“A doença coronariana, o infarto agudo do miocárdio e a insuficiência cardíaca congestiva continuam a ser os problemas de saúde pública mais urgentes que afetam nossa sociedade hoje”, disse o Dr. Ryan R. Reeves, MD, Divisão de Medicina Cardiovascular da Universidade da Califórnia, San Diego. “Como cardiologista intervencionista que trata diariamente pacientes com doença arterial coronariana e insuficiência cardíaca congestiva, eu adoraria ter uma terapia diferente para melhorar os resultados dos pacientes e reduzir os sintomas debilitantes”.
Do hidrogel cardíaco à circulação
O trabalho baseia-se em pesquisas anteriores da equipe de Christman usando um hidrogel feito de estruturas naturais de tecido muscular cardíaco, também conhecido como matriz extracelular (MEC). Este gel foi projetado para ser aplicado diretamente no músculo cardíaco lesionado por meio de um cateter. Uma vez colocado, forma uma estrutura de suporte que promove o crescimento celular e a reparação dos tecidos.
No outono de 2019, foram relatados os resultados de um ensaio clínico humano de fase 1 bem-sucedido da abordagem anterior do hidrogel. O ensaio mostrou que a injeção transendocárdica de VentriGel, um hidrogel de matriz extracelular cardíaca, era segura e viável em pacientes pós-ataque cardíaco com disfunção ventricular esquerda, embora sejam necessários ensaios randomizados maiores para testar se isso melhora os resultados.
No entanto, o método de injeção direta tem uma limitação importante. Como requer a injeção de uma agulha no músculo cardíaco, geralmente não pode ser usado imediatamente após um ataque cardíaco. A entrega muito cedo pode causar ferimentos adicionais.
Esse desafio levou os pesquisadores a outra ideia: um biomaterial que pudesse ser infundido em um vaso sanguíneo do coração durante procedimentos como angioplastia ou implante de stent, ou administrado por gotejamento.
“Procuramos desenvolver um método de terapia com biomateriais que pudesse ser realizado em órgãos e tecidos de difícil acesso, e criamos um método para aproveitar o fluxo sanguíneo – os vasos que já fornecem sangue a esses órgãos e tecidos”, disse Martin Spang, primeiro autor do artigo e Ph.D. no grupo de Christman no Departamento de Bioengenharia de Shu Jian-Gene.
Por que a entrega IV é importante
A abordagem baseada no fluxo sanguíneo confere ao biomaterial uma grande vantagem prática. Em vez de permanecer em alguns locais de injeção, pode se espalhar de maneira mais uniforme pelo tecido danificado. Isso pode torná-lo especialmente valioso após um ataque cardíaco, quando as áreas danificadas podem ser difíceis de alcançar diretamente e o tempo é essencial.
O Engenharia biomédica da natureza O estudo descreveu este material como um biomaterial de matriz extracelular intravascular feito de miocárdio ventricular descelularizado, digerido enzimaticamente e fracionado. O material foi concebido para se localizar no tecido lesionado, ligando-se à microvasculatura fluida e foi largamente degradado em aproximadamente três dias.
Como o biomaterial é produzido
Para criar uma versão injetável, os pesquisadores do laboratório de Christman começaram com um hidrogel que já haviam desenvolvido e testado quanto à compatibilidade com injeções de sangue. O problema era o tamanho das partículas. O hidrogel original continha partículas grandes demais para atingir com eficácia os vasos sanguíneos danificados e com vazamento.
Spang resolveu isso processando um precursor de hidrogel líquido em uma centrífuga. Isso permitiu à equipe separar as partículas maiores e reter apenas as partículas nanométricas. O material foi então dialisado, filtrado estéril e liofilizado. Quando água estéril é adicionada ao pó final, ele se torna um biomaterial que pode ser administrado por via intravenosa ou injetado na artéria coronária do coração.
Como encontra tecido danificado
Quando os pesquisadores testaram o biomaterial em um modelo de ataque cardíaco em roedores, eles esperavam que ele viajasse através de vasos sanguíneos com vazamento até o tecido danificado. Após um ataque cardíaco, podem formar-se lacunas entre as células endoteliais que revestem os vasos sanguíneos.
Em vez disso, a equipe viu algo mais surpreendente. O biomaterial ligado a estas células endoteliais ajudou a fechar as lacunas e pareceu acelerar a cicatrização dos vasos sanguíneos. Esse processo reduziu a inflamação, um dos principais fatores de dano tecidual após lesão.
Os pesquisadores então testaram o tratamento em um modelo de ataque cardíaco em porcos e obtiveram resultados semelhantes. Em ratos e porcos com infarto agudo do miocárdio induzido seguido de infusão intracoronária, o biomaterial foi associado à redução dos volumes ventriculares esquerdos, à melhora dos parâmetros de movimento da parede e às alterações na expressão gênica associadas ao reparo tecidual e à inflamação.
Potencial além do coração
Embora a maior parte do trabalho tenha se concentrado nos danos do ataque cardíaco, os pesquisadores também testaram se o mesmo biomaterial poderia ser direcionado a outros tecidos inflamatórios. Eles encontraram evidências em modelos de ratos de que esta abordagem poderia ser útil em lesões cerebrais traumáticas e hipertensão pulmonar.
Esse potencial mais amplo é uma das partes mais intrigantes do trabalho. Muitos órgãos e tecidos são de difícil acesso direto, mas todos são supridos por vasos sanguíneos. Se um biomaterial puder usar esses vasos como via de entrega, a medicina regenerativa poderá atingir lesões que de outra forma seriam difíceis de tratar.
“Embora a maior parte do trabalho neste estudo estivesse relacionada ao coração, o potencial para tratar outros órgãos e tecidos de difícil acesso poderia abrir o campo da engenharia de biomateriais/tecidos para tratar novas doenças”, disse Spang.
O que aconteceu depois do estudo de 2022
Após o estudo inicial, o trabalho relacionado continuou a investigar como os biomateriais baseados em matriz extracelular afetam a recuperação após o infarto do miocárdio. 2025 ano Comunicações da natureza pesquisar Pesquisadores, incluindo Christman, usaram transcriptômica espacial e sequenciamento de RNA nuclear único para estudar como os biomateriais de matriz extracelular injetados afetam o tecido cardíaco após o infarto do miocárdio. A pesquisa identificou sinais de reparo que incluem modulação imunológica, desenvolvimento de vasos sanguíneos e linfáticos, ativação de fibroblastos, resgate miocárdico, proliferação de células musculares lisas e neurogênese em modelos de ratos.
Este trabalho posterior não substituiu a necessidade de testes clínicos de biomateriais intravasculares, mas acrescentou mais detalhes sobre como esta classe de terapia de matriz extracelular cardíaca pode influenciar a cura a nível celular e regional em corações danificados.
A Ventrix Bio, Inc., uma startup cofundada por Christman, também continuou a desenvolver tecnologia de matriz extracelular cardíaca relacionada. UM ClinicalTrials.gov a listagem VentriGel descreve um estudo de fase 1, aberto, patrocinado pela Emory University em crianças com HVE para avaliar a segurança e a viabilidade da injeção intramiocárdica de material de matriz extracelular Ventrix Bio. No momento do acesso à lista, ainda não havia definição.
Próximas etapas para testes em humanos
Christman e Ventrix Bio planejam buscar a aprovação da FDA para estudar o novo biomaterial intravascular para doenças cardíacas em humanos. Se aprovada para ensaios clínicos, a terapia deve demonstrar que é segura, prática de administrar e suficientemente eficaz para melhorar os resultados dos pacientes.
Por enquanto, o tratamento permanece experimental. Mas o seu apelo é claro: em vez de exigir injecções directas no músculo cardíaco, poderia potencialmente ser administrado através de procedimentos existentes baseados nos vasos sanguíneos ou através de uma via intravenosa, atingindo o tecido danificado a partir do interior.
“Uma das principais razões pelas quais tratamos a doença arterial coronariana grave e o infarto do miocárdio é prevenir a disfunção ventricular esquerda e a progressão para insuficiência cardíaca congestiva”, disse o Dr. Reeves. “Esta terapia fácil de administrar pode desempenhar um papel significativo na nossa abordagem de tratamento”.
