ELR-basierte Pflaster und Hydrogels zur Behandlung ischämischer Erkrankungen
Injizierbare Hydrogel-Systeme haben in den vergangenen Jahren großes Interesse erregt. Sie sind weniger invasiv als bestehende pharmazeutische Therapien für ischämische Erkrankungen und können als Träger für Biomoleküle genutzt werden, die sich bei Zellen an spezifische Moleküle binden. Ausgehend von der Nutzung der optimalen biomechanischen Eigenschaften von ELRs haben Professor Abhay Pandit der NUI Galway und sein Team ein Pflaster und ein Gel entwickelt, mit denen jeweils die Behandlung von Myokardinfarkten bzw. chronischer Ischämien in den Extremitäten möglich sind. „ELRs sind ein interessantes Material, da sie bei Körpertemperatur in ein Hydrogel selbstassemblieren; da sie die elastischen Eigenschaften von natürlichem Gewebe nachahmen; und da sie nicht zuletzt eine günstige Umgebung für die endotheliale Migration und vaskuläre Assemblierung schaffen“, sagt Prof. Pandit. Das ELR-Pflaster des Projekts wurde an einem präklinischen Modell zu einem Myokardinfarkt getestet. Die histologischen Ergebnisse zeigten hierbei einen verringerten fibrotischen Bereich und einen erhöhten Muskelvolumenanteil. Das ELR-Gel wurde hingegen zunächst an einem präklinischen Modell zu einer Ischämie in den hinteren Gliedmaßen getestet. Diese Tests resultierten in einem Raman-Profil zu Gewebe, das von einer Ischämie in den hinteren Gliedmaßen betroffen war und das mit dem Gel behandelt worden war. Dieses Profil war dem Profil von gesundem Gewebe ähnlich. Dies legt nahe, dass das Gel möglicherweise die Umgestaltung von Komponenten der extrazellularen Matrix induziert. Das Team bewertete daraufhin die Fähigkeit des Gels zur Verabreichung angiogener Faktoren für die Ischämie-Behandlung. „Eine Strategie bestand darin, das ELR-Gel mit einem Konzentrationsgradienten des pro-angiogenen Proteins ,Vascular Endothelial Growth Factor‘ (VEGF, vaskulärer endothelialer Wachstumsfaktor) anzureichern. Der erzeugte VEGF zeigte, dass die Bioaktivität erhalten blieb und In-vitro-Tests mit endothelialen Zellen zeigten eine präferenzielle Zellenlokalisierung am Ende von hochkonzentrischen Strukturen, die den VEGF-Gradienten aufwiesen“, erklärt Prof. Pandit. „Ein zweite Strategie bestand darin, das ELR-Gel zur Verabreichung eines einmaligen Plasmidvektors zu verwenden, welcher die Gene zur Kombination pro-angiogener Faktoren (VEGF und PDGF-BB) kodiert. Die genaktivierte Gel-Plattform wurde an einem präklinischen Modell zu einer Ischämie in den hinteren Gliedmaßen getestet. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Injizierung des Gels eine moderate, jedoch vielversprechende Verbesserung der Durchblutung nach einer Ischämie verursachte.“ Direkte Verabreichung an das Patientenherz Da das ELR-Hydrogel seine Effektivität unter Beweis gestellt hatte, fiel dem Team noch die Aufgabe zu, dieses an verletzte Bereiche des Patientenherzes zu verabreichen. Es wurde ein Verabreichungssystem entwickelt, dass hauptsächlich aus zwei Komponenten besteht: Eine Reservoir/Gemisch-Komponente (welche die ELR-Polymere beinhaltet) und ein Kathetersystem, um das Hydrogel an der Stelle des Infarkts zu injizieren. „Der Gesamtentwurf des Katheters, des Griffs und dessen Mechanismus ist ergonomisch und für Chirurgen im Operationsaal benutzerfreundlich“, merkt Prof. Pandit an. Das Team hofft, seine Forschung in Form eines weiteren EU-finanzierten Projekts fortsetzen zu können. In der Zwischenzeit sollen kommerzielle Möglichkeiten weiterverfolgt werden, die sich aus den Ergebnissen von AngioMatTrain ergeben. Es wurden die ersten Schritte unternommen, um Patente für die entwickelten Technologien einzureichen und es wird eine Erfindungsmeldung für die klinische Anwendung des ELR-Pflasters zur Behandlung von Myokardinfarkten verfasst. Für die Entwicklung von Mikrosphären, die dem ELR-Hydrogel des Projekts hinzugefügt werden sollen, um die H2O-vermittelte Apoptose in Zellen bei oxidativem Stress zu verringern, wurde bereits eine solche Meldung eingereicht. „Die Entwicklung weniger invasiver Geräte wird nicht nur zu kürzeren Krankenhausaufenthalten und Genesungszeiten für Patienten führen, sondern auch zu geringeren Kosten“, schlussfolgert Prof. Pandit.
Schlüsselbegriffe
AngioMatTrain, ELR, Hydrogel, Ischämie, ischämische Erkrankung, Myokardinfarkt