Biomaterial Leistung kann vorhergesagt und programmiert werden - MIT Team zeigt, wie

In medizinischen Biomaterialien werden insbesondere biologisch abbaubare Materialien zunehmend eingesetzt. Alleine dienen sie als strukturelle Unterstützung und Ersatz und als Plattformen für die Freisetzung von Medikamenten, die Einbettung von Zellen und das Tissue Engineering. Mehrere Materialien und Vorrichtungen sind jedoch in klinischen Tests nicht erfolgreich, da sie nicht wie von In-vitro-Experimenten erwartet funktionieren. Es gab keine prägnante Methode zur Vorhersage der In-vivo-Leistung von In-vitro-Experimenten, die Beschränkung der Entwicklung neuer Materialien und die Bewertung der Sicherheit, Wirksamkeit und Anwendbarkeit vorhandener Materialien.
Dr. Natalie Artzi, Wissenschaftlerin bei Prof. Elazer Edelman im Biomedical Engineering Center, sagte:

"In vielen experimentellen Studien werden Mäuse eingeschläfert, um das Materialverhalten und die Erosion zu bewerten. Dieser Prozess verwendet eine große Anzahl von Tieren und kann dennoch keine sequentiellen Zeitraffermessungen derselben Probe liefern, führt zu hoher Variabilität und nur zu einem qualitativen Maß der Erosion."

Bei der Entwicklung erodierbarer Materialien besteht die entscheidende Komponente in der Fähigkeit, ihre In-vivo-Retentionszeit zu programmieren, und weist auf die Notwendigkeit hin, die Wirkung dieser Geräte in Echtzeit zu überwachen. Dies inspirierte Dr. Artiz, der die Untersuchung entworfen und geleitet hat, um Wege zu entwickeln, um die Erosion von Geräten auf nichtinvasive Weise zu verfolgen und ihre therapeutische Kapazität vorherzusagen.
Elazer R. Edelman, Principal Investigator und MIT Thomas D. und Virginia W. Cabot Professor für Gesundheitswissenschaften und Technologie, erklärte:

"Dieses Papier ist auf mehreren Ebenen spannend, da es gleichzeitig mehrere offene Fragen in der Materialwissenschaft anspricht. Die Arbeit erklärt, wie die Materialfunktion kontextabhängig ist und wie, wann und warum Beobachtungen in vitro die Leistung in vivo vorhersagen können. Diese Ergebnisse können nun festgelegt werden die Bühne für die Charakterisierung von Material-Gewebe-Interaktionen auf breiter Ebene, die Optimierung des Materialdesigns und die Entwicklung neuartiger Materialien für spezifische Gewebe, Bedingungen und Anwendungen. "

In einem kürzlich erschienenen Artikel in Nature Materials hat das Team um Dr. Artzi zum ersten Mal die Fluoreszenz-Bildgebung so gesteuert, dass der Materialverlust in vivo sequenziell verfolgt wird. Sie verwendeten auch mathematische Modelle, um in vivo Erosion von Materialien aus in vitro Erosionskinetiken herauszufinden. Diese Techniken können als ein schnelles In-vitro-Werkzeug zum Screenen von Materialkandidaten dienen und die Entwicklung von medizinischen Geräten beschleunigen.
Sie analysierten den Einfluss von Materialform, Zusammensetzung und Umweltbedingungen, die durch die Wahl des Implantationsortes bedingt sind, auf das Erosionsprofil von natürlichen und synthetischen Materialien. Dieses Profil diktiert, wie effektiv das Material ist und wann Medikamente und Zellen darin eingebettet sind, die Erosion des Materials wird die Freisetzung des Medikaments bestimmen und die Effizienz und das Profil der Zellen, die das therapeutische Ergebnis bestimmen.

Dr. Artzi erklärte:

"Wir gehen davon aus, dass ein integrativer Ansatz, der dynamische Veränderungen erodierbarer Materialien berücksichtigt und deren Eigenschaften mit denen spezifischer Gewebetypen und -zustände in Einklang bringt, die Entwicklung von Medizinprodukten mit abstimmbaren und vorhersagbaren klinischen Ergebnissen ermöglicht. Die Fähigkeit, den zeitlichen Verlauf zu erkennen und vorherzusagen Die In-vivo-Erosion ist entscheidend für das Design, die informierte behördliche Kontrolle und die Verwendung der zunehmenden Anzahl biomedizinischer Geräte mit erosiven Eigenschaften. "

Dr. Artzi und ihr Team verwenden diese Entdeckungen und Methoden, um Kompositmaterialien zu charakterisieren und zu entwerfen, die auf programmierte Weise abgebaut werden, um eine programmierte Wirkstofffreisetzung und kontrollierte zelluläre Funktion für Herz-Kreislauf- und Krebsanwendungen zu ermöglichen.
Neben Artzi und Edelman sind Koautoren der Zeitung Nuria Oliva, Cristina Puron, Sagi Shitreet, Shay Artzi, Adriana Bon Ramos, Adam Groothuis und Gary Sahagian.
Die Arbeit wurde von NIH (GM / HL 49039, UL1 RR 025758) und dem MIT Deshpande Center unterstützt.
Geschrieben von Grace Rattue