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Neuartiges Biomaterial heilt von innen nach außen

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Ein Biomaterial, das intravenös injiziert wird, könnte unter anderem bei Herzinfarkten und traumatischen Hirnverletzungen eingesetzt werden. Da es intravenös injiziert werden kann, kann das Biomaterial sofort nach einem Herzinfarkt verabreicht werden, statt wie bisher üblich erst nach Tagen oder einer Woche. Das Team beantragt den Beginn der klinischen Versuche am Menschen in weniger als 2 Jahren.

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Forscher der University of California San Diego haben ein Biomaterial entwickelt, das intravenös injiziert werden kann, um Entzündungen im Gewebe zu verringern und die Zell- und Gewebereparatur zu fördern. Das Material könnte unter anderem bei der Behandlung von Herzinfarkten, traumatischen Hirnverletzungen und pulmonaler arterieller Hypertonie eingesetzt werden.

Das neue Biomaterial basiert auf früheren Arbeiten von Karen Christman, Professorin für Bioengineering an der University of California San Diego, und ihrem Team. Zunächst entwickelten die Forscher ein Hydrogel aus dem natürlichen Gerüst von Herzmuskelgewebe, das über einen Katheter in geschädigtes Herzmuskelgewebe injiziert werden konnte. Die Ergebnisse einer erfolgreichen klinischen Phase-1-Studie am Menschen wurden im Herbst 2019 veröffentlicht. Da das Hydrogel jedoch direkt in den Herzmuskel injiziert werden muss, könnte es erst eine Woche oder länger nach einem Herzinfarkt eingesetzt werden - bei einer früheren Injektion bestünde die Gefahr, dass es aufgrund des nadelbasierten Injektionsverfahrens Schäden verursacht.

In dieser Studie, die in Nature Biomedical Engineering veröffentlicht wurde, wollten Christman und ihr Team eine Behandlung entwickeln, die unmittelbar nach einem Herzinfarkt verabreicht werden kann. Sie begannen mit dem Hydrogel, das sich bis dahin als sicher erwiesen hatte, aber die Partikelgröße war zu groß, um auf undichte Blutgefäße zu zielen.

Das Team löste dieses Problem, indem es den flüssigen Vorläufer des Hydrogels durch eine Zentrifuge laufen ließ, wodurch größere Partikel ausgesiebt werden konnten und nur Partikel in Nanogröße übrig blieben. Das resultierende Material wurde einer Dialyse und einer sterilen Filterung unterzogen, bevor es gefriergetrocknet wurde. Durch die Zugabe von sterilem Wasser zu dem fertigen Pulver entsteht ein Biomaterial, das intravenös injiziert oder in eine Koronararterie des Herzens infundiert werden kann.

Anschließend testeten sie das Biomaterial an einem Nagetiermodell für Herzinfarkte. Der Studie zufolge bindet das Biomaterial an Endothelzellen, wodurch die Lücken geschlossen, die Heilung der Blutgefäße beschleunigt und Entzündungen reduziert werden. Tests an einem Schweinemodell für Herzinfarkte ergaben ähnlich positive Ergebnisse.

Das Team testete außerdem erfolgreich die Hypothese, dass dasselbe Biomaterial zur Bekämpfung anderer Arten von Entzündungen in Rattenmodellen für traumatische Hirnverletzungen und pulmonale arterielle Hypertonie beitragen könnte.

Das Labor von Christman wird nun mehrere präklinische Studien zu diesen Erkrankungen durchführen. In der Zwischenzeit planen sie, bei der FDA die Genehmigung zur Durchführung einer Studie am Menschen über die Anwendung des neuen Biomaterials bei Herzerkrankungen zu beantragen. Dies bedeutet, dass klinische Versuche am Menschen bereits in ein oder zwei Jahren beginnen könnten.