Naukowcy po raz pierwszy stworzyli hydrożel do wstrzykiwania, który wcześniej zawiera bioaktywne molekuły specyficzne dla tkanek za pomocą nowych środków sieciujących. Opisany hydrożel ma duży potencjał do zastosowania w inżynierii tkankowej
Tkanka inżynieria to opracowywanie substytutów tkanek i narządów – trójwymiarowych konstrukcji komórkowych – o właściwościach zbliżonych do naturalnych tkanek. Inżynieria tkankowa ma na celu przywrócenie, zachowanie lub wzmocnienie funkcji tkanek za pomocą tych biologicznie aktywnych rusztowań. Syntetyczny hydrożel polimery okrzyknięto obiecującymi kandydatami do stworzenia takich mechanicznych rusztowań ze względu na ich unikalny skład i podobieństwa strukturalne do naturalnej macierzy zewnątrzkomórkowej. Hydrożele naśladują środowisko tkankowe, a środki sieciujące w hydrożelach pomagają materiałowi zachować jego strukturę, nawet gdy wchłonął ogromne ilości wody. Jednak obecnie dostępne hydrożele są biologicznie obojętne, a zatem nie mogą działać samodzielnie, kierując odpowiednią funkcją biologiczną. Wymagają dodania kompatybilnych biocząsteczek (np. czynników wzrostu, ligandów adhezyjnych), co czyni je niezbędnym elementem hydrożeli.
W badaniu opublikowanym 11 czerwca w Postępy nauki, naukowcy opracowali nowy modułowy hydrożel do wstrzykiwania, który wykorzystuje środek sieciujący o nazwie PdBT – związek biodegradowalny – do sieciowania polimeru hydrożelowego w celu utworzenia pęczniejącego, bioaktywnego hydrożelu. PdBT zawiera bioaktywne cząsteczki, zakotwiczając je w chemicznych środkach sieciujących w hydrożelu. Specyficzne biocząsteczki można po prostu zmieszać z PdBT w temperaturze pokojowej, dzięki czemu bioaktywne cząsteczki stają się integralną częścią hydrożelu. Taki system, opracowany po raz pierwszy, ma zdolność wiązania się z tkankowo specyficznymi biocząsteczkami w temperaturze pokojowej, aby funkcjonować bez konieczności późniejszego wstrzykiwania lub systemu.
Dodane biomolekuły pozostają zakotwiczone w hydrożelu i mogą być prezentowane bezpośrednio w tkance docelowej. Zapobiega to dyfuzji do obszaru poza obszarem docelowym, unikając niepożądanych konsekwencji, takich jak inaktywacja lub nadmierny wzrost tkanki. Eksperymenty przeprowadzono na kościach i chrząstkach przy użyciu specyficznych monomerów PdBT poprzez dodanie funkcjonalności poprzez włączenie hydrofobowego peptydu N-kadheryny związanego z chrząstką i hydrofilowego peptydu białka morfogenetycznego kości oraz pochodzącego z chrząstki glikozaminoglikanu, siarczanu chondroityny. Ta mieszanina hydrożelu może być bezpośrednio wstrzykiwana do tkanki docelowej. Biomolekuły zawarte w hydrożelu wchodzą w kontakt z mezenchymalnymi komórkami macierzystymi tkanki żywiciela i „przywabiają” je, aby zostały dodane do obszaru docelowego w celu „nasienia” lub zainicjowania nowego wzrostu. Gdy nowa tkanka odrośnie, hydrożel ulega degradacji i znika.
Nowy hydrożel opisany w bieżącym badaniu można przygotować w temperaturze pokojowej do natychmiastowego użycia i można go odpowiednio dostosować do różnych tkanek. Prosty proces przygotowania zapobiega termicznej degradacji biocząsteczek, co było problemem w przypadku poprzednich hydrożeli, ponieważ wpływa to na ich aktywność biologiczną. Bioaktywne hydrożele mogą pomóc w regeneracji kości, chrząstek, skóry i innych tkanek. Ta nowa technika, w której wykorzystuje się bioaktywny hydrożel do wstrzykiwania o korzystnych właściwościach, ma duży potencjał do zastosowania w inżynierii tkankowej.
***
{Możesz przeczytać oryginalną pracę naukową, klikając link DOI podany poniżej na liście cytowanych źródeł}
Źródło (s)
Guo JL i in. 2019. Modułowe, specyficzne tkankowo i biodegradowalne hydrożelowe środki sieciujące do inżynierii tkankowej. Postępy w nauce. 5 (6). https://doi.org/10.1126/sciadv.aaw7396
