W niedawnym badaniu opublikowanym w Zaawansowane materiałyNaukowcy opracowali biokompatybilne, reagujące na bodźce implanty hydrożelowe, które służą do odwracalnej niedrożności jajowodów, zapewniając antykoncepcję i zapobiegając endometriozie (tkanka przypominająca macicę, rozwijająca się poza macicą).

Badanie: Odwracalna antykoncepcja mechaniczna i leczenie endometriozy przy użyciu hydrożeli reagujących na bodźce. Źródło obrazu: Ws Studio1985/Shutterstock.com

Tło

Jajowody są niezbędne do zapłodnienia, co sprawia, że ​​podwiązanie jajowodów jest powszechną metodą antykoncepcji w Stanach Zjednoczonych, chociaż ponad 10% kobiet żałuje tej decyzji z powodu powikłań lub chęci posiadania dzieci.

Reconnection jest złożony i często zawodzi. Alternatywy takie jak urządzenie Essure napotykały problemy. Hydrożele reagujące na bodźce są obiecujące w przypadku odwracalnej okluzji jajowodów, oferując skuteczną antykoncepcję i potencjalne zapobieganie endometriozie poprzez blokowanie wstecznej menstruacji (krew menstruacyjna cofa się do jamy miednicy). Potrzebne są dalsze badania w celu poprawy ich skuteczności, bezpieczeństwa i odwracalności.

O badaniu

Wszystkie substancje chemiczne, z wyjątkiem formaliny (ROTIHistofix 4%, ROTH) i poli(etylenoglikolu) di-fotodegradowalnego akrylanu (PEGdiPDA) sieciującego, uzyskano od Sigma-Aldrich. PEGdiPDA zsyntetyzowano i przechowywano w ciemności.

Oczyszczony N-(2-hydroksyetylo) akrylamid (NHEA) i poli(glikol etylenowy) diakrylan (PEGdiakrylan) użyto do przygotowania hydrożelu, wstrzyknięto do teflonowych probówek, polimeryzowano i wysuszono. Świeże jajowody z SBZ Schlachtbetrieb Zürich AG użyto świeże lub przechowywano w temperaturze -20 °C. Komórki endometrium (12Z) i materiały do ​​hodowli komórkowych pochodziły z Applied Biological Materials Inc (Abm).

Przygotowano symulowany płyn jajowodowy (SOF), dostosowując pH do 7,2. Mieszanki hydrożelowe ze specyficznymi monomerami i środkami sieciującymi przechowywano i wykorzystywano do tworzenia żeli, które następnie testowano pod kątem pęcznienia w SOF.

Do analizy wykorzystano widma podczerwieni z transformacją Fouriera i skaningową mikroskopię elektronową (SEM), natomiast stabilność żelu sprawdzono w ludzkim płynie otrzewnowym. Pomiary reologiczne pozwoliły ocenić właściwości lepkosprężyste i kinetykę degradacji.

Model macicy wydrukowany w technologii 3D symulował wszczepianie żelu za pomocą histeroskopu. Cytotoksyczność żelu testowano przy użyciu normalnych ludzkich fibroblastów skórnych (NHDF) za pomocą testu dehydrogenazy mleczanowej (LDH). Badania wykonalności in vivo u prosiąt obejmowały wszczepienie hydrożelu i 21-dniowy monitoring.

Testy ciśnienia rozrywającego mierzyły skuteczność okluzji hydrożelu w jajowodach. Fotolabilne i tiolowo degradowalne żele były degradowane przy użyciu odpowiednio roztworów światła i glutationu.

Analiza histologiczna i eksperymenty imitujące wsteczną menstruację z komórkami endometrium i nasieniem knura oceniły blokadę hydrożelu. Dane zostały poddane analizie statystycznej i przedstawione jako średnia ± odchylenie standardowe.

Wyniki badań

Funkcjonalne zamknięcie jajowodu przy użyciu hydrożeli ulegających degradacji pod wpływem bodźców skutecznie blokuje przenikanie plemników, oocytów i komórek endometrium, hamując w ten sposób zapłodnienie i zapobiegając tworzeniu się czopów endometrialnych w jamie otrzewnowej.

Zbadano dwa odrębne, ale chemicznie powiązane składy hydrożeli degradowalnych pod wpływem bodźców. Oba systemy składały się głównie z superabsorbentu poli(kwasu 2-akrylamido-2-metylo-1-propanosulfonowego) soli sodowej (PAMPS) i poli(N-(2-hydroksyetylo)akrylamidu) (PNHEA).

PAMPS zapewniały wysokie wskaźniki pęcznienia, podczas gdy monomery NHEA zapobiegały nadmiernemu pęcznieniu i niestabilności. Dwa hydrożele o różnych mechanizmach degradacji, światło kontra redukcja, zostały zaprojektowane przy użyciu różnych sieciujących środków.

Fotolabilne hydrożele (PL-Gel) utworzono przy użyciu sieciującego środka na bazie PEG, PEGdiPDA, w 40% wag. mieszance PAMPS i PNHEA. Hydrożele te uległy degradacji pod wpływem naświetlania światłem (λ = 365 nm) w ciągu 30 minut.

Hydrożele tiolowe (TD-Gels) zostały utworzone przy użyciu sieciowania disiarczkowego, BAC, w 25% wag. mieszaniny PAMPS i NHEA i uległy degradacji w ciągu 30 minut po wystawieniu na działanie biokompatybilnego glutationu (GSH). Oba hydrożele zostały zaprojektowane tak, aby ulegały degradacji w klinicznie istotnej skali czasowej, zapewniając praktyczne zastosowanie w odwracalnej niedrożności jajowodów.

Umieszczenie hydrożelu oceniano przy użyciu aplikacji podobnej do chirurgicznego umieszczenia urządzenia Essure. Miękkie hydrożele formowano, suszono i wprowadzano do jajowodu przez histeroskop.

Po zetknięciu z tkanką hydrożele pęczniały, blokując rurkę w ciągu kilku godzin. Jeśli pożądane było odwrócenie blokady rurki, hydrożele te można było zdegradować za pomocą światła lub płynów zawierających tiol.

Zdolność pęcznienia in situ i kinetykę hydrożeli oszacowano poprzez zanurzenie ich w SOF. Płaskowyż pęcznienia został osiągnięty w ciągu 4-6 godzin, przy końcowym współczynniku pęcznienia wynoszącym 12 (PL-Gel) i 16 (TD-Gel).

Wyższa równowaga pęcznienia TD-Gels wynikała z niższej frakcji wagowej polimeru i stężenia sieciowania. Długoterminowa stabilność hydrożeli została wykazana poprzez ich inkubację w ludzkim płynie otrzewnowym i SOF, pokazując, że pozostały nienaruszone przez ponad sześć miesięcy.

Analiza reologiczna oceniła właściwości lepkosprężyste i kinetykę degradacji hydrożeli. Moduły magazynowania hydrożeli były porównywalne z tkanką jajowodu świńskiego, co wskazuje na brak istotnych zniekształceń spowodowanych pęcznieniem. PL-Gels wykazywały szybszą kinetykę degradacji po pęcznieniu, co jest korzystne w zastosowaniach klinicznych.

Cytokompatybilność oceniano za pomocą testu uwalniania LDH z komórkami fibroblastów, wykazując nieznaczną cytotoksyczność hydrożeli i ich produktów degradacji. Analiza histologiczna jajowodów świńskich po implantacji in vivo przez trzy tygodnie wykazała dobrą zgodność tkankową i brak istotnych uszkodzeń lub deformacji.

Zastosowanie chirurgiczne symulowano w modelu macicy w skali ludzkiej, skutecznie demonstrując wprowadzanie hydrożeli przy użyciu powszechnych technik ginekologicznych. Badanie ultrasonograficzne potwierdziło skuteczne zablokowanie jajowodów.

Badania ciśnienia rozrywającego wykazały, że całkowicie spęczniałe hydrożele skutecznie blokowały jajowody, wytrzymując ciśnienie znacznie wyższe od normalnego ciśnienia fizjologicznego.

Eksperymenty in vitro wykazały, że hydrożele mogą zapobiegać wstecznej menstruacji i przedostawaniu się plemników, wykazując, że żadne komórki ani plemniki nie mogą przedostać się przez zablokowane jajowody.

Wnioski

Podsumowując, w tej pracy zaproponowano materiały polimerowe z możliwością wyzwalania degradacji na żądanie, umożliwiające odwracalną, wywołaną obrzękiem okluzję jajowodów jako niehormonalną metodę antykoncepcji i mechaniczną opcję zapobiegania migracji komórek endometrium.

Hydrożele reagujące na bodźce wykazały korzystne właściwości pęcznienia i lepkosprężystości, całkowitą okluzję pod wpływem ciśnienia fizjologicznego, niską sztywność i nieznaczną cytotoksyczność.

Analiza histologiczna zablokowanych jajowodów w modelu prosiąt nie wykazała uszkodzeń, co wskazuje na niskie ryzyko włóknienia. Degradację uzyskano przy użyciu fotolabilnych lub tiolowo degradowalnych wiązań poprzecznych.

Hydrożele zapobiegały przechodzeniu komórek endometrium i wykazywały stały kontakt z jajowodami bez skutków ubocznych. Materiały te oferują obiecującą odwracalną antykoncepcję i potencjalne leczenie endometriozy.