Un nou biomaterial injectabil pentru afecțiunile pliurilor vocale: hidrogeluri dECM–alginat

Un studiu realizat la Universitatea McGill și publicat în Biomaterials (2026) a analizat dezvoltarea unui nou hidrogel injectabil pe bază de matrice extracelulară decelularizată și alginat, conceput pentru a mima proprietățile mecanice și biologice ale pliurilor vocale umane. Cercetarea arată că utilizarea chimiei de tip click cu ligare tetrazină permite obținerea unui biomaterial stabil, bioactiv și adaptat mecanic, cu potențial de regenerare tisulară pe termen lung.

Context

Afecțiunile severe ale pliurilor vocale, precum paralizia, atrofia sau cicatrizarea, determină tulburări importante de vorbire, deglutiție și respirație. Materialele injectabile utilizate în prezent au rol de umplere volumetrică, însă prezintă limitări majore: degradare imprevizibilă, modificarea mecanicii pliurilor vocale și lipsa capacității regenerative.

Matricea extracelulară decelularizată reprezintă o alternativă promițătoare, deoarece păstrează structura și semnalele biologice native ale țesutului. Totuși, hidrogelurile obținute exclusiv din matrice extracelulară decelularizată sunt mecanic instabile și se degradează rapid in vivo. În plus, utilizarea matricei extracelulare decelularizate specifice pliurilor vocale este limitată de imposibilitatea producerii la scară largă, motiv pentru care surse alternative, precum submucoasa intestinală subțire porcină, sunt intens investigate.

Despre studiul actual

Design și obiective

Studiul a avut ca obiectiv dezvoltarea unui hidrogel compozit injectabil, format din matrice extracelulară decelularizată și alginat, reticulat prin ligare tetrazină–norbornenă, capabil să:

• reproducă proprietățile mecanice ale pliurilor vocale native;

• prezinte o degradare controlată;

• moduleze favorabil răspunsul fibroblastelor și al celulelor endoteliale;

• demonstreze biocompatibilitate in vivo.

Pentru comparație, matricea extracelulară decelularizată a fost obținută din două surse: mucoasă de pliuri vocale porcine și submucoasă intestinală subțire porcină.

Metodologie

Matricea extracelulară decelularizată a fost solubilizată și funcționalizată chimic cu norbornenă, iar alginatul a fost funcționalizat cu metiltetrazină. Amestecarea celor două componente a permis formarea unui hidrogel printr-o reacție bioortogonală de tip Diels–Alder invers, fără catalizatori și fără produși secundari toxici.

Au fost evaluate:

• cinematica gelificării, prin teste turbidimetrice;

• proprietățile mecanice, utilizând reologie, microscopie de forță atomică și teste de compresie;

• stabilitatea și degradarea, în condiții hidrolice și enzimatice, pe o perioadă de până la 30 de zile;

• răspunsul celular, prin încapsularea fibroblastelor de pliuri vocale umane și a celulelor endoteliale umane;

• biocompatibilitatea in vivo, într-un model subcutanat la șobolan, cu analiză histologică și imunohistochimică detaliată.

Rezultate

Proprietăți mecanice

Hidrogelurile obținute prin chimie click au prezentat o rigiditate semnificativ mai mare comparativ cu hidrogelurile din matrice extracelulară decelularizată simplă.

• Modulul Young la scară microscopică a crescut de la valori sub 100 pascali la peste 1000–1500 pascali, situându-se în intervalul fiziologic raportat pentru pliurile vocale umane.

• Modulul de compresie al hidrogelurilor compozite a atins valori între 3100 și 4600 pascali, comparabile cu cele ale stratului superficial al pliurilor vocale.

• Comportamentul viscoelastic a indicat o bună capacitate de relaxare a stresului, esențială pentru rezistența la solicitările repetate din timpul fonației.

Stabilitate și degradare

Hidrogelurile compozite au demonstrat o rezistență net superioară la degradare:

• în condiții hidrolice, nu au prezentat pierderi masive de masă în primele zile;

• în prezența colagenazei, degradarea a fost lentă, cu menținerea a până la 15–22 % din masă după 30 de zile, comparativ cu dizolvarea completă a hidrogelurilor din matrice extracelulară decelularizată simplă în 15–20 de zile.

De asemenea, structura poroasă a hidrogelurilor click a fost mai bine conservată în timp, sugerând o integritate structurală superioară.

Răspunsul fibroblastelor

Fibroblastele de pliuri vocale umane încapsulate în hidrogelurile click au prezentat:

• viabilitate peste 90 % pe parcursul a 14 zile;

• absența contracției gelului, spre deosebire de hidrogelurile din matrice extracelulară decelularizată simplă;

• scăderea semnificativă a secreției de factori proinflamatori și profibrotici, inclusiv factorul de creștere transformant beta 1, interleukina 6, interleukina 8 și factorul de necroză tumorală alfa;

• menținerea secreției de factori pro-regenerativi, precum factorul de creștere epidermal și factorul de creștere derivat din trombocite.

Acest profil sugerează inhibarea tranziției fibroblast–miofibroblast și un risc redus de fibroză.

Vasculogeneză

Celulele endoteliale încapsulate în hidrogelurile click au dezvoltat structuri alungite de tip tubular, caracteristice fazelor inițiale ale vasculogenezei, chiar și în absența suplimentării cu factor de creștere endotelial vascular. Numărul și lungimea totală a acestor structuri au fost comparabile cu cele observate în gelurile de colagen și semnificativ superioare hidrogelurilor din matrice extracelulară decelularizată simplă.

Răspuns imun in vivo

După injectarea subcutanată la șobolan:

• la 7 zile a fost observată o reacție inflamatorie inițială intensă, cu formarea unei capsule fibroase;

• la 21 de zile, capsula a dispărut, iar hidrogelurile au început să se integreze cu țesutul înconjurător, cu infiltrare celulară și neoformare de matrice extracelulară;

• macrofagele au fost predominante, cu o proporție crescută de fenotip antiinflamator de tip M2, mai ales în hidrogelurile derivate din submucoasă intestinală subțire;

• densitatea limfocitelor B a scăzut în timp, sugerând rezoluția progresivă a răspunsului imun acut.

Concluzii

Acest studiu demonstrează că hidrogelurile injectabile pe bază de matrice extracelulară decelularizată și alginat, reticulate prin ligare tetrazină, pot depăși limitările biomaterialelor actuale pentru pliurile vocale. Stabilitatea mecanică, degradarea controlată, modularea favorabilă a inflamației și stimularea vasculogenezei susțin potențialul lor ca biomateriale reconstructive cu efecte pe termen lung.

Un aspect deosebit de relevant este faptul că performanța hidrogelurilor nu a depins de sursa matricei extracelulare, submucoasa intestinală subțire dovedindu-se o alternativă scalabilă și clinic fezabilă la matricea specifică pliurilor vocale. Aceste rezultate deschid calea către dezvoltarea unor tratamente injectabile regenerative, capabile să restabilească funcția vocală printr-o singură intervenție.