Un biomateriale progettato per migrare nel flusso sanguigno potrebbe offrire un mezzo meno invasivo per alleviare l’infiammazione e promuovere l’autoguarigione dei tessuti lesi. Negli studi sugli animali, il materiale iniettabile ha migliorato i danni ai tessuti causati dagli attacchi cardiaci nei roditori e nei grandi animali. I primi esperimenti di prova di concetto hanno anche suggerito che lo stesso approccio potrebbe un giorno essere utile per altre malattie legate all’infiammazione, tra cui le lesioni cerebrali traumatiche e l’ipertensione arteriosa polmonare.
“Questo biomateriale permette di trattare i tessuti danneggiati dall’interno”, ha dichiarato Karen Christman, professore di bioingegneria presso l’Università della California San Diego e ricercatore principale del team che ha sviluppato il materiale. “Si tratta di un nuovo approccio alla medicina rigenerativa”. I risultati sono stati pubblicati nel 2022 da un team di bioingegneri e medici sulla rivista scientifica Nature Biomedical Engineering. All’epoca, Christman ha dichiarato che uno studio sull’uomo per verificare la sicurezza e l’efficacia del biomateriale potrebbe essere avviato entro uno o due anni.
Un nuovo approccio alla riparazione delle lesioni cardiache
L‘infarto rimane una delle emergenze mediche più gravi negli Stati Uniti, con una stima di 785.000 nuovi casi ogni anno. Secondo i dati dell’Organizzazione Mondiale della Sanità e le statistiche dell’Unione Europea, anche in Europa diversi milioni di persone muoiono ogni anno a causa di malattie cardiovascolari nel loro complesso, e gran parte di queste sono vittime di infarti e ictus. Le malattie cardiovascolari sono responsabili di circa un terzo di tutti i decessi in Europa e rappresentano la principale causa di morte.
Quando il flusso sanguigno al cuore è bloccato, il tessuto cardiaco può essere danneggiato o morire. Il corpo reagisce formando un tessuto cicatriziale, che però non si contrae come un muscolo cardiaco sano. Nel tempo, questo può indebolire il cuore e contribuire all’insufficienza cardiaca. Attualmente non esiste un trattamento consolidato che ripari direttamente il tessuto cardiaco dopo un attacco di cuore. Il trattamento attuale si concentra sul ripristino del flusso sanguigno, limitando ulteriori danni e gestendo il rischio di futuri problemi cardiaci.
“La malattia coronarica, l’infarto miocardico acuto e l’insufficienza cardiaca rimangono i più gravi problemi di salute pubblica che affliggono oggi la nostra società”, ha dichiarato il dottor Ryan R. Reeves, medico del Dipartimento di Medicina Cardiovascolare della UC San Diego. “In qualità di cardiologo interventista che tratta quotidianamente pazienti affetti da coronaropatia e insufficienza cardiaca, mi piacerebbe molto vedere un trattamento aggiuntivo per migliorare gli esiti terapeutici e alleviare i sintomi angoscianti”.
Dall’idrogel cardiaco alla perfusione nel flusso sanguigno
Questo lavoro si basa su una precedente ricerca condotta dal team di Christman, che ha utilizzato un idrogel derivato dalla struttura naturale del tessuto muscolare cardiaco, noto anche come matrice extracellulare (ECM). Questo gel è stato progettato per essere introdotto direttamente nel muscolo cardiaco danneggiato mediante un catetere. Una volta all’interno, forma una struttura di supporto che promuove la crescita cellulare e la riparazione del tessuto. I risultati di uno studio clinico di fase 1 sull’uomo di questo precedente approccio con idrogel sono stati pubblicati nell’autunno 2019. Lo studio ha dimostrato che l’iniezione transendocardica di VentriGel, un idrogel derivato dalla matrice extracellulare del cuore, è sicura e fattibile nei pazienti con disfunzione ventricolare sinistra dopo un infarto miocardico, anche se sono necessari studi randomizzati più ampi per verificare se migliora i risultati.
Tuttavia, il metodo dell’iniezione diretta ha un grosso limite. Poiché richiede l’iniezione di un ago nel muscolo cardiaco, in genere non può essere utilizzato immediatamente dopo un infarto miocardico. Una somministrazione troppo precoce potrebbe comportare il rischio di ulteriori danni. Questa sfida ha spinto i ricercatori a proporre un’altra idea: un biomateriale che possa essere perfuso o infuso in un vaso sanguigno del cuore durante interventi come l’angioplastica o l’impianto di stent.
“Volevamo sviluppare una terapia a base di biomateriali che potesse essere somministrata a organi e tessuti difficili da raggiungere e abbiamo trovato un metodo che utilizza il flusso sanguigno, cioè i vasi che già forniscono sangue a questi organi e tessuti”, ha dichiarato Martin Spang, primo autore dello studio, che ha conseguito il dottorato di ricerca nel gruppo di Christman presso il Dipartimento di Bioingegneria Shu Chien-Gene Lay.
Perché la somministrazione endovenosa è importante
L’approccio basato sul flusso sanguigno offre al biomateriale un importante vantaggio pratico. Invece di rimanere in pochi punti di iniezione, può essere distribuito in modo più uniforme in tutto il tessuto danneggiato. Questo potrebbe renderlo particolarmente prezioso dopo un infarto del miocardio, quando le aree danneggiate possono essere difficili da raggiungere direttamente e il tempo è fondamentale. Lo studio pubblicato su Nature Biomedical Engineering descrive il materiale come un biomateriale a matrice extracellulare infuso per via intravascolare, ottenuto da miocardio ventricolare decellularizzato, digerito enzimaticamente e frazionato. Il materiale è stato progettato per accumularsi nel tessuto danneggiato legandosi ai microvasi che perdono e per degradarsi in gran parte in circa tre giorni.
Per produrre la versione iniettabile, i ricercatori del laboratorio di Christman hanno iniziato a utilizzare l’idrogel che avevano già sviluppato e testato per la compatibilità con le iniezioni di sangue. Il problema era la dimensione delle particelle. L’idrogel originale conteneva particelle troppo grandi per colpire efficacemente i vasi sanguigni danneggiati e con perdite.
Spang ha risolto il problema preparando il precursore liquido dell’idrogel in una centrifuga. In questo modo il team ha potuto separare le particelle più grandi e conservare solo quelle di dimensioni nanometriche. Il materiale è stato quindi dializzato, filtrato sterilmente e liofilizzato. Quando alla polvere finale è stata aggiunta acqua sterile, il risultato è stato un biomateriale che poteva essere somministrato per via endovenosa o infuso in un’arteria coronarica del cuore.
Come rileva i tessuti danneggiati
Quando i ricercatori hanno testato il biomateriale in un modello di roditore di infarto miocardico, hanno ipotizzato che avrebbe attraversato i vasi sanguigni che perdevano per raggiungere il tessuto danneggiato. Dopo un infarto miocardico, infatti, si possono formare spazi tra le cellule endoteliali che rivestono l’interno dei vasi sanguigni. Il team ha invece osservato qualcosa di più sorprendente. Il biomateriale ha aderito a queste cellule endoteliali, aiutando a riempire gli spazi e sembrando accelerare la guarigione dei vasi sanguigni. Questo processo ha ridotto l’infiammazione, una delle principali cause di danno ai tessuti dopo una lesione.
I ricercatori hanno poi testato il trattamento su un modello suino di infarto miocardico, ottenendo risultati simili. Nei ratti e nei maiali con infarto miocardico acuto indotto seguito da perfusione intracoronarica, il biomateriale è stato associato a una riduzione del volume del ventricolo sinistro, a un miglioramento dei valori di movimento della parete e a cambiamenti nell’espressione di geni associati alla riparazione e all’infiammazione dei tessuti.
Potenziale oltre il cuore
Sebbene la maggior parte del lavoro si sia concentrata sulle lesioni causate dall’infarto del miocardio, i ricercatori hanno anche testato se lo stesso biomateriale potesse essere applicato ad altri tessuti infiammati. In modelli di ratto, hanno trovato la prova di concetto che l’approccio potrebbe essere utile per le lesioni cerebrali traumatiche e l’ipertensione arteriosa polmonare. Questo è interessante perché queste due malattie colpiscono organi di difficile accesso: il cervello è particolarmente protetto dalla barriera emato-encefalica, mentre i polmoni sono molto sensibili all’infiammazione e alle variazioni di pressione grazie alla loro fine rete vascolare. Se un materiale agisse quindi in modo mirato attraverso il sistema vascolare, potrebbe agire proprio dove i farmaci convenzionali hanno spesso un’efficacia limitata.
Questo potenziale più ampio è uno degli aspetti più affascinanti del lavoro. Molti organi e tessuti sono direttamente difficili da raggiungere, ma sono tutti riforniti dai vasi sanguigni. È proprio qui che si inserisce l’idea: il biomateriale non solo utilizza i vasi come via di trasporto, ma interagisce attivamente con il loro rivestimento interno, le cellule endoteliali. In questo modo, non solo potrebbe agire in un organo, ma in linea di principio potrebbe essere utilizzato in diversi tessuti con danni vascolari o infiammazioni, ad esempio dopo ictus, polmonite o altre forme di danno tissutale acuto.
Se un biomateriale può utilizzare questi vasi come “porta d’ingresso”, si aprono nuove possibilità per la medicina rigenerativa, in quanto può colpire le aree in cui si verifica il danno senza dover ricorrere a un intervento chirurgico importante. “Anche se la maggior parte del lavoro svolto in questo studio si è concentrato sul cuore, le possibilità di trattare altri organi e tessuti difficili da raggiungere possono aprire il campo dei biomateriali e dell’ingegneria tissutale per il trattamento di nuove malattie”, ha detto Spang.
Cosa è cambiato dallo studio del 2022
Dopo lo studio originale, altri lavori hanno esaminato come i biomateriali a base di matrice extracellulare influenzino la rigenerazione dopo l’infarto miocardico. Uno studio studio pubblicato nel 2025 su Nature Communications dai ricercatori guidati da Christman ha utilizzato la trascrittomica spaziale e il sequenziamento dell’RNA mononucleare per studiare come i biomateriali iniettabili a base di matrice extracellulare influenzino il tessuto cardiaco dopo l’infarto del miocardio. Lo studio ha rilevato segnali che promuovono la riparazione nei modelli di ratto, tra cui l’immunomodulazione, lo sviluppo dei vasi sanguigni e linfatici, l’attivazione dei fibroblasti, il salvataggio del tessuto miocardico, la proliferazione delle cellule muscolari lisce e la neurogenesi.
Sebbene questo lavoro successivo non abbia sostituito la necessità di testare clinicamente il biomateriale intravascolare, ha fornito informazioni più dettagliate su come questa classe di terapie a base di matrice extracellulare cardiaca possa influenzare la guarigione a livello cellulare e regionale nei cuori danneggiati. Anche Ventrix Bio, Inc, la start-up co-fondata da Christman, ha portato avanti lo sviluppo della corrispondente tecnologia a matrice extracellulare cardiaca. Una voce su ClinicalTrials.gov riguardante VentriGel descrive uno studio di Fase 1 in aperto finanziato dalla Emory University su bambini con sindrome del cuore sinistro ipoplasico per valutare la sicurezza e la fattibilità dell’iniezione intramiocardica del materiale della matrice extracellulare di Ventrix Bio. Al momento dell’accesso, nessun partecipante è stato ancora reclutato per questo studio.
Le prossime tappe della sperimentazione sull’uomo
Christman e Ventrix Bio intendono chiedere l’approvazione della FDA per studiare il nuovo biomateriale intravascolare nelle malattie cardiache umane. Se verrà concessa l’approvazione per gli studi clinici, il trattamento dovrà dimostrare di essere sicuro, comodo da usare e sufficientemente efficace da migliorare i risultati terapeutici dei pazienti. Attualmente il trattamento è ancora in fase sperimentale. Ma il suo fascino è evidente: invece di richiedere iniezioni dirette nel muscolo cardiaco, potrebbe essere somministrato attraverso le procedure esistenti basate sui vasi sanguigni o per via endovenosa e raggiungere il tessuto danneggiato dall’interno. “Uno dei motivi principali per cui trattiamo le malattie coronariche gravi e gli attacchi di cuore è prevenire la disfunzione ventricolare sinistra e la sua progressione verso l’insufficienza cardiaca”, ha dichiarato il dottor Reeves. “Questo trattamento, facile da somministrare, ha il potenziale per svolgere un ruolo importante nel nostro approccio terapeutico”.