通过海藻酸盐水凝胶为受损组织注入新鲜血液
缺血是一种严重的医疗状况，在这种情况下，血液流动和向组织输送氧气受到限制，从而导致疼痛、虚弱，更严重的是，组织和器官损伤。肌肉组织的缺血，最常见的原因是动脉粥样硬化，会导致危及生命的疾病，如冠状动脉疾病和中风，但也会导致慢性外周动脉疾病(PAD)。外周动脉疾病的症状可能不同，从不适和行走困难到虚弱的疼痛，甚至因不可逆的肌肉损伤而截肢。治疗方法包括血液稀释药物和血管成形术，在更严重的情况下，可以进行搭桥手术。然而，一种有希望的替代手术干预的方法包括刺激血管生成或新血管的生长，通过输送血管内皮生长因子(VEGF)和胰岛素样生长因子-1 (IGF)等血管生成生长因子来增加缺血部位的血流量。
注入生长因子系统地，或直接进入血管，是一种直接的方法来交付重组增长因素进入身体。然而，这种方法并不是很安全可靠，因为需要更高剂量的因子才能产生效果，并且对缺血部位没有特异性靶向，并且蛋白质不能防止降解。为了克服这些限制，研究人员越来越多地转向基于生物材料的生长因子递送。褐海藻中发现的一种广泛使用的生物聚合物是海藻酸盐。在水凝胶或水膨胀形式中，它具有生物相容性、稳定性、成本效益、无毒且易于交联，或在钙存在的情况下形成凝胶。医生广泛使用海藻酸盐进行伤口敷料和愈合。科学家们已经利用它们构建了用于细胞培养的2D和3D基质，当注入生长因子和随着凝胶溶解而释放的干细胞时，海藻酸水凝胶促进了各种组织的生长和再生。
生物工程研究所的团队由大卫·穆尼博士,创始的核心教员和罗伯特·p·Pinkas家族哈佛大学生物工程教授约翰·A·保尔森工程和应用科学学院(海洋),设计了海藻酸水凝胶注入了VEGF和IGF为了促进缺血后肢血管化的年龄年轻老鼠和兔子和增加灌注,或受损组织的血流量。这项工作是与保罗·格罗斯曼领导的密歇根大学合作完成的，兔子研究在那里进行。研究结果发表在血管研究杂志．
“海藻酸盐水凝胶可以温和地保护治疗性蛋白质和其他生物活性分子和细胞，”穆尼说。他解释说:“通过微创注射，我们可以在控制降解率的同时提供这些活性分子的组合，我们在不同缺血动物模型上的测试非常有前途。”
为了验证他们基于凝胶的递送方法，Wyss团队解决了一些关键问题。第一个问题涉及年龄。之前的动物实验是在年轻小鼠身上进行的，这些小鼠的年龄与老年PAD患者和参加治疗性血管生成临床试验的个体不同。一只17个月大的老鼠大约相当于一个70岁的人;因此，本研究选择20个月大的小鼠作为老年队列。另一个关键问题是可伸缩性。老鼠比人类小3000倍，蛋白质剂量必须根据体重适当调整。研究小组利用小兔子来评估对比小鼠更大的动物的治疗和剂量效果。为了更准确地模拟他们的方法对慢性动脉疾病的影响，研究人员用生长因子测试了延迟治疗。
Wyss团队首先通过结扎小鼠后肢主要动脉来生成缺血模型，然后将含有VEGF和IGF的水凝胶直接注射到后肢肌肉缺血部位。“我们发现，与不使用凝胶对照或无凝胶注射VEGF和IGF相比，老年小鼠缺血部位的血流增加了2倍。此外，这些动物还表现出更多的肌肉力量，受伤部位的小血管数量也更多。”威斯大学的科学家、这项研究的主要作者亚历山大·斯塔福德说。年轻的小鼠也从治疗中受益匪浅，因为它们肌肉中的血流达到了与缺血前状态相当的水平。科学家们还测试了新血管随时间的稳定性，发现即使在治疗后3个月，灌注仍在继续。
年轻兔组的研究结果与小鼠组的结果相似，IGF和VEGF的凝胶递送促进了缺血部位附近动脉的灌注和小血管的生长。凝胶基血管生成因子的局部传递也能恢复血液流动兔子的体型是老鼠的100倍，使用更小、更安全的生长因子，但只需要增加老鼠剂量的6.5倍。Wyss的研究人员还比较了立即治疗和缺血后30天治疗的兔子之间的灌注恢复，这是慢性缺血的模型。他们发现，延迟治疗同样可以将灌注水平提高到与立即治疗的队列相当的水平。与对照组相比，每个区域也观察到更多的毛细血管或小血管。本研究建立了以海藻酸盐为基础的血管生成重组生长因子蛋白的局部递送在老年和大型动物中促进血管化和治疗动脉阻塞的有效性和安全性。
Mooney的团队计划将这些发现作为未来临床试验的基础，旨在恢复缺血人体组织的灌注，例如PAD引起的肌肉损伤。此外，该团队计划测试海藻酸盐水凝胶在受损周围神经再生中的应用。
“当我们专注于开发能够给世界带来积极影响的新技术时，我们非常兴奋地看到这一证明，生物材料介导的生长因子输送可以恢复血液的灌注血Donald Ingber医学博士说，他是Wyss研究所的创始主任，哈佛医学院(HMS)的Judah Folkman血管生物学教授，波士顿儿童医院的血管生物学项目，以及哈佛大学约翰·a·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的生物工程教授。
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