Een tweecomponentensysteem zou een nieuwe manier kunnen bieden om inwendige bloedingen te stoppen

MIT-ingenieurs hebben een tweecomponentensysteem ontworpen dat in het lichaam kan worden geïnjecteerd en helpt bij het vormen van bloedstolsels op de plaatsen van inwendig letsel. Deze materialen, die de manier nabootsen waarop het lichaam van nature stolsels vormt, kunnen een manier bieden om mensen met ernstige inwendige verwondingen in leven te houden totdat ze een ziekenhuis kunnen bereiken.

In een muismodel van inwendig letsel toonden de onderzoekers aan dat deze componenten – een nanodeeltje en een polymeer – significant beter presteerden dan hemostatische nanodeeltjes die eerder waren ontwikkeld.

“Wat vooral opmerkelijk was aan deze resultaten, was het niveau van herstel van ernstig letsel dat we zagen in de dierstudies. Door twee complementaire systemen achter elkaar te introduceren, is het mogelijk om een ​​veel sterker stolsel te krijgen”, zegt Paula Hammond, professor aan het MIT Institute, het hoofd van MIT’s Department of Chemical Engineering, een lid van het Koch Institute for Integrative Cancer Research, en een van de senior auteurs van een paper over het onderzoek.

In tegenstelling tot eerder ontwikkelde hemostatische systemen, bootst de nieuwe MIT-technologie de werking na van beide bloedplaatjes – de cellen die de bloedstolling in gang zetten – en fibrinogeen, een eiwit dat stolsels helpt vormen.

“Het idee om twee componenten te gebruiken maakt selectieve gelering van het hemostatische systeem mogelijk naarmate de concentratie in de wond wordt verhoogd, waardoor het uiteindelijke effect van de natuurlijke stollingscascade wordt nagebootst”, zegt Bradley Olsen, de Alexander en I. Michael Kasser Professor of Chemical Engineering bij MIT en een senior auteur van de studie.

MIT-postdoc Celestine Hong Ph.D. ’22 is de hoofdauteur van het artikel, dat is gepubliceerd in Geavanceerde zorgmaterialen. Andere auteurs van het artikel zijn postdoc Yanpu He, student Porter Bowen en professor Angela Belcher, hoofd van de afdeling Biologische Engineering van het MIT.

Kunstmatige stolling

Bloedverlies door traumatische gebeurtenissen zoals auto-ongelukken draagt ​​wereldwijd bij aan meer dan 2,5 miljoen doden per jaar. Dit soort stomp trauma kan interne bloedingen van organen zoals de lever veroorzaken, die moeilijk te detecteren en te behandelen zijn. In dergelijke gevallen is het van cruciaal belang om het bloeden zo snel mogelijk te stoppen, totdat een patiënt voor verdere behandeling naar het ziekenhuis kan worden vervoerd. Het vinden van manieren om inwendige bloedingen te voorkomen kan een bijzonder grote impact hebben in de strijdkrachten, waar vertraagde behandeling van inwendige bloedingen een van de grootste oorzaken is van vermijdbare sterfte, zegt Olsen.

Wanneer inwendige verwondingen optreden, worden bloedplaatjes naar de plaats aangetrokken en wordt de bloedstollingscascade in gang gezet, die uiteindelijk een kleverige prop vormt van bloedplaatjes en stollingseiwitten, waaronder fibrinogeen. Als patiënten echter veel bloed verliezen, hebben ze niet genoeg bloedplaatjes of fibrinogeen om stolsels te vormen. Het MIT-team wilde een kunstmatig systeem creëren dat mensenlevens zou kunnen helpen redden door beide stollingscomponenten te vervangen.

“Wat onderzoekers op dit gebied in het verleden hebben gedaan, is proberen de therapeutische effecten van bloedplaatjes te heroveren of de functie van fibrinogeen te heroveren”, zegt Hong. “Wat we in dit project proberen te doen, is de manier vastleggen waarop ze met elkaar omgaan.”

Om dat te bereiken, creëerden de onderzoekers een systeem met twee soorten materialen: een nanodeeltje dat bloedplaatjes aantrekt en een polymeer dat fibrinogeen nabootst.

Voor de deeltjes die bloedplaatjes rekruteren, gebruikten de onderzoekers deeltjes die vergelijkbaar waren met de deeltjes die ze rapporteerden in een onderzoek uit 2022. Deze deeltjes zijn gemaakt van een biocompatibel polymeer genaamd PEG-PLGA, die zijn gefunctionaliseerd met een peptide genaamd GRGDS waarmee ze kunnen binden aan geactiveerde bloedplaatjes. Omdat bloedplaatjes naar de plaats van een verwonding worden getrokken, hebben deze deeltjes ook de neiging zich op te hopen op de plaats van een verwonding.

In dat onderzoek uit 2022 ontdekten de onderzoekers dat wanneer deze doeldeeltjes zich in een optimaal groottebereik van 140 tot 220 nanometer bevonden, ze zich zouden ophopen op de plaats van een wond, maar zich niet significant zouden ophopen in organen zoals de longen, waar stolselvorming riskant zou zijn. aan de patiënt.

Voor dit artikel hebben de onderzoekers die deeltjes aangepast door een chemische groep toe te voegen die zou reageren met een tag op de tweede component in het systeem, die ze de crosslinker noemen. Die crosslinkers, gemaakt van PEG of PEG-PLGA, binden zich aan de doeldeeltjes die zich op een wond hebben opgehoopt en vormen klonten die bloedstolsels nabootsen.

“Het idee is dat met beide componenten in de bloedbaan circuleren, als er een wond is, de doelcomponent zich zal gaan ophopen op de wond en ook de crosslinker zal binden”, zegt Hong. “Als beide componenten een hoge concentratie hebben, krijg je meer verknoping en beginnen ze die lijm te vormen en het stollingsproces te helpen.”

Het stoppen van het bloeden

Om het systeem te testen, gebruikten de onderzoekers een muismodel van inwendig letsel. Ze ontdekten dat het tweecomponentensysteem, nadat het in het lichaam was geïnjecteerd, zeer effectief was in het stoppen van bloedingen, en het werkte ongeveer twee keer zo goed als het doeldeeltje alleen.

Een ander belangrijk voordeel van de stolsels is dat ze niet zo snel worden afgebroken als natuurlijk voorkomende stolsels. Wanneer patiënten veel bloed verliezen, krijgen ze meestal intraveneus een zoutoplossing om hun bloeddruk op peil te houden, maar deze zoutoplossing verdunt ook de bestaande bloedplaatjes en fibrinogeen, wat leidt tot zwakkere stolsels en snellere afbraak. De kunstmatige stolsels zijn echter niet zo vatbaar voor dit soort afbraak, ontdekten de onderzoekers.

De onderzoekers ontdekten ook dat hun nanodeeltjes geen significante immuunreactie bij de muizen opwekten in vergelijking met een glucosecontrole. Ze zijn nu van plan het systeem te testen in een groter diermodel, in samenwerking met onderzoekers van het Massachusetts General Hospital.

Op langere termijn hopen de onderzoekers ook de mogelijkheid te onderzoeken om draagbare beeldvormingsapparatuur te gebruiken om de geïnjecteerde nanodeeltjes te visualiseren nadat ze het lichaam zijn binnengedrongen. Dit zou artsen of medische hulpdiensten kunnen helpen om snel de plaats van inwendige bloedingen te bepalen, wat momenteel alleen in een ziekenhuis kan worden gedaan met MRI, echografie of een operatie.

“Er kan uren vertraging optreden bij het uitzoeken waar de bron van de bloeding is, en dat vereist veel stappen voordat de plaats van de bloeding kan worden behandeld. Het kunnen combineren van dit systeem met diagnostische hulpmiddelen is dus een gebied dat we ‘ waarin je geïnteresseerd bent’, zegt Hong.