Ett skyddande membran för pacemakers utvecklat vid ETH Zürich har visat sig vara framgångsrikt i djurförsök för att minska den oönskade uppbyggnaden av fibrotisk vävnad runt implantatet. Nästa steg är att testa skyddsmembranet hos patienter.

ETH-forskare har utvecklat ett speciellt skyddande membran av cellulosa som avsevärt minskar uppbyggnaden av fibrotisk vävnad runt hjärtpacemakerimplantat, som rapporterats i det aktuella numret av tidskriften Biomaterial . Deras utveckling kan avsevärt förenkla kirurgiska ingrepp för patienter med hjärtstimulatorer.

"Varje pacemaker måste bytas ut någon gång. När den här tiden kommer, vanligtvis efter cirka fem år när enhetens batteri tar slut, patienten måste genomgå operation, " förklarar Aldo Ferrari, Senior forskare i ETH Professor Dimos Poulikakos grupp och vid Empa. "Om för mycket fibrotisk vävnad har bildats runt pacemakern, det komplicerar proceduren, " förklarar han. I sådana fall, kirurgen måste skära i och ta bort denna överflödiga vävnad. Det förlänger inte bara operationen, det ökar också risken för komplikationer som infektion.

Mikrostruktur minskar fibrotisk vävnadsbildning

För att övervinna detta problem, Ferrari och hans kollegor vid ETH Zürich har ägnat de senaste åren åt att utveckla ett membran med en speciell ytstruktur som är mindre gynnsam för tillväxten av fibrotisk vävnad än den släta metallytan hos pacemakers. Detta membran har nu patenterats och Ferrari arbetar med andra forskare vid Wyss Zürich forskningscenter, universitetet i Zürich och det tyska centret för kardiovaskulär forskning i Berlin för att göra det marknadsfärdigt för patienter.

Som en del av denna process, forskningskonsortiet har nu testat membranet på grisar. I varje gris, forskarna implanterade två pacemakers, varav en var inkapslad i cellulosamembranet.

Efter den ettåriga testperioden, forskarna kan rapportera positiva resultat:grisarnas kroppar tolererar membranet och stöter inte bort det. "Detta är ett viktigt fynd eftersom tolerans är ett grundläggande krav för implantatmaterial, " säger Ferrari. Lika viktigt, membranet gjorde vad det skulle:den fibrotiska vävnaden som bildades runt den var, i genomsnitt, endast en tredjedel så tjock som vävnaden som bildades runt de oinkapslade pacemakrarna.

Nästa steg:Kliniska prövningar

Forskarna tillskriver denna minskning av fibrotisk vävnadsbildning i det första steget till själva materialet - cellulosa är fibrös av naturen. "När fibrotisk vävnad bildas, det första steget är avsättningen av proteiner på ytan. En fibrös membranyta hindrar denna process, " förklarar Francesco Robotti, huvudförfattare till studien och en forskare i ETH professor Poulikakos grupp. En annan faktor är att forskarna skapade membranet med bikakeliknande fördjupningar i ytan, var och en mäter 10 mikrometer i diameter. "Dessa fördjupningar gör det svårt för cellerna som bildar fibrotisk vävnad att fästa vid ytan - det andra steget i bildningsprocesserna, säger Robotti.

Nu när materialet har visat sig vara framgångsrikt i djurförsök, forskarna planerar att ansöka om godkännande för kliniska prövningar på människor i samarbete med ETH spin-off Hylomorph, som kommer att ansvara för kommersialisering av membranet. Proven beräknas starta nästa år vid tre stora hjärtcentra i Tyskland.