L'idrogel Bioactive promette la ferita più veloce che guarisce

Un nuovo studio pubblicato nel giornale “avanzamenti di scienza„ presenta l'uso di un materiale per il settore meccanico novello del tessuto composto di idrogel iniettabile bioactive per accelerare la tariffa di guarigione nei tessuti feriti.

Piuttosto come i pescatori che usando l'esca per pescare il loro pesce, i bioengineers alla Rice University hanno adescato un'impalcatura dell'idrogel con le biomolecole capaci di promozione della guarigione nei tessuti feriti come l'osso, la cartilagine o l'interfaccia.

Gli idrogel polimerici sono stati usati per molti anni per fornire le impalcature meccaniche sopra cui i somatociti possono diventare accelerano il tessuto che guariscono nei tessuti feriti come l'osso o la cartilagine. Tuttavia, sono essenzialmente inerti e non possono promuovere guarire da soli.

Il bioengineer Antonios Mikos di Rice University, sinistro ed il dottorando Jason Guo piombo un gruppo che ha sviluppato gli idrogel modulari e iniettabili migliorati dalle molecole bioactive ancorate nei crosslinkers chimici che danno la struttura dei gel. Credito di immagine: Jeff Fitlow/Rice University
Il bioengineer Antonios Mikos di Rice University, sinistro ed il dottorando Jason Guo piombo un gruppo che ha sviluppato gli idrogel modulari e iniettabili migliorati dalle molecole bioactive ancorate nei crosslinkers chimici che danno la struttura dei gel. Credito di immagine: Jeff Fitlow/Rice University

Il crosslinker

Nella ricerca corrente, i fattori di crescita ed altre molecole bioactive si trasformano in in parte dell'idrogel. Ciò è usando un prodotto chimico chiamato poli (acido glicolico) - poli (glicole etilenico) - poli (acido glicolico) - Di (but-2-yne-1,4-dithiol) (PdBT), come il crosslinker nell'idrogel. I Crosslinkers in un idrogel sono il tasto a mantenere la sua integrità strutturale anche quando ha assorbito molte volte il suo peso dell'acqua.

PdBT è un composto che può essere usato per unire con legami atomici incrociati i polimeri ed è biodegradabile. Può legare alle biomolecole tessuto-specifiche (sia piccoli peptidi che grandi molecole quali le componenti extracellulari della matrice, specifiche ai vari tessuti, alla temperatura ambiente da essere biofunctionalized. PdBT unisce con legami atomici incrociati rapido il polimero dell'idrogel per creare un idrogel bioactive, biocompatibile e biodegradabile altamente gonfiato. La velocità di formazione dell'idrogel permette che riempia rapidamente i difetti del tessuto e che tiene altri gruppi reattivi sul PdBT a partire dalle celle del tessuto.

L'idrogel attivo creato in questo modo incapsula prontamente le cellule staminali mesenchymal dal host. Le biomolecole coniugate rimangono ancorate direttamente all'idrogel, presentandole direttamente al tessuto. Ciò egualmente impedisce la loro diffusione fuori dell'area ferita. Ciò ha potuto causare le conseguenze indesiderate quali inattivazione o la crescita ridondante del tessuto.

I ricercatori hanno usato i dati dagli esperimenti sull'osso e sulla cartilagine che ha confermato che i crosslinkers come PdBT potrebbero legare le biomolecole e formare un idrogel quando sono misti con contenente acqua un catalizzatore.

Idrogel sviluppati ai crosslinkers incorporati Rice University che possono incorporare le molecole bioactive e contribuire a guarire varie ferite. Credito di immagine: Jeff Fitlow/Rice University
Idrogel sviluppati ai crosslinkers incorporati Rice University che possono incorporare le molecole bioactive e contribuire a guarire varie ferite. Credito di immagine: Jeff Fitlow/Rice University

L'idrogel functionalized

La miscela dell'idrogel può essere iniettata nel tessuto ferito. Là gonfia assorbendo l'acqua per riempire il difetto del tessuto e le biomolecole entrate in contattano con le cellule staminali nel tessuto ospite. Ciò le tira nella ferita per fungere da centri del seme da cui la nuova crescita è iniziata. Mentre il nuovo tessuto si sviluppa dentro la ferita, l'idrogel si degrada e definitivo scompare.

La ricerca corrente sviluppata su esperienza più iniziale con gli idrogel per integrare le biomolecole nell'idrogel stessa per facilità dell'applicazione. Il vantaggio è che nessun sistema ad iniezione secondario è richiesto per dare alle biomolecole l'accesso al tessuto.

Jason Guo, un'altra guida della ricerca, ha detto: “Il nostro grande vantaggio è che direttamente incorporiamo quelle biomolecole per la destra specifica del tessuto nel crosslinker stessa. Poi una volta che iniettiamo l'idrogel, le biomolecole sono giuste dove devono essere.„

Potevano egualmente creare le miscele su misura che richiedono soltanto le molecole bioactive di aggiungersi all'idrogel alla temperatura ambiente per uso immediato. Il trattamento del preparato è facile ed impedisce la degradazione termica delle biomolecole che è nociva alla loro attività progettata.

Antonios Mikos, guida del gruppo di ricerca, ha detto, “questo è importante non solo per la facilità del preparato e della sintesi, ma anche perché queste molecole possono perdere la loro attività biologica quando sono heated. Ciò è il più grande problema con lo sviluppo dei biomateriali che contano sulle temperature elevate o sull'uso dei solventi organici.„

Il catalizzatore

La coniugazione della biomolecola con il crosslinker è stata permessa da un tipo di reazione chimica chiamato chimica di clic dell'alchino-azoturo. Tuttavia, i catalizzatori utilizzati nella chimica di clic non sono solitamente compatibili con acqua. Il gruppo è riuscito a oltrepassare questo ostacolo con l'uso di un catalizzatore particolare, in base al rutenio, che è sia non tossico al tessuto che alla sostanza solubile in acqua, oltre ad essere compatibile con la matrice del polimero dell'idrogel. Ciò era la prima volta questa molecola si era applicata alle strutture biomolecolari.

Guo spiega: “Altre (catalizzatori) sono spesso citotossiche, o sono inattive nelle circostanze acquose, o essi non potrebbero lavorare con il genere specifico di alchino sul polimero. Questo catalizzatore particolare funziona in tutte quelle circostanze - vale a dire, circostanze che sono molto delicate, acquose e favorevoli alle biomolecole.„

Più lavoro sarà necessario valutare l'attività delle biomolecole vincolate in un idrogel e che cosa accade se si diffondono nella zona circostante mentre il PdBT riparte. Con noncuranza, questo studio fornisce un approccio di promessa alla riparazione del tessuto facendo uso degli idrogel biofunctionalized.

Source:

Guo J. L. et al., (2019). Modular, tissue-specific, and biodegradable hydrogel cross-linkers for tissue engineering. Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.aaw7396 - https://advances.sciencemag.org/content/5/6/eaaw7396

Dr. Liji Thomas

Written by

Dr. Liji Thomas

Dr. Liji Thomas is an OB-GYN, who graduated from the Government Medical College, University of Calicut, Kerala, in 2001. Liji practiced as a full-time consultant in obstetrics/gynecology in a private hospital for a few years following her graduation. She has counseled hundreds of patients facing issues from pregnancy-related problems and infertility, and has been in charge of over 2,000 deliveries, striving always to achieve a normal delivery rather than operative.

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