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Gli idrogel novelli si degradano mentre le cellule staminali fioriscono per la riparazione del tessuto

Pannolini del bambino, lenti a contatto e dessert di gelatina. Mentre apparentemente indipendenti, questi punti hanno una cosa in comune -- sono fatti delle sostanze altamente assorbenti chiamate idrogel che hanno applicazioni versatili. Recentemente, un tipo di idrogel biodegradabile, idrogel temprato microporoso definito (MAP) della particella, ha guadagnato molta attenzione affinchè il suo potenziale consegni le cellule staminali per la riparazione del tessuto dell'organismo. Ma è corrente poco chiaro come questi materiali del tipo di gelatina pregiudicano la crescita del loro carico cellulare prezioso, quindi limitando il suo uso nella medicina a ricupero.

In un nuovo studio pubblicato nell'emissione di novembre dell'acta Biomaterialia, i ricercatori alla Texas A&M University hanno indicato che gli idrogel della MAPPA, programmati per biodegradare ad un passo ottimale, creano un ambiente fertile affinchè le cellule staminali dell'osso prosperassero vigoroso e per proliferare. Hanno trovato che lo spazio creato dall'appassimento degli idrogel della MAPPA crea la stanza affinchè le cellule staminali coltivasse, spargere e formare le reti cellulari complesse.

La nostra ricerca ora indica che le cellule staminali fioriscono sugli idrogel di degradazione della MAPPA; egualmente ricostruiscono il loro ambiente locale per migliorare il vestito i loro bisogni. Questi risultati hanno implicazioni importanti per ai i delivery system basati a idrogel di sviluppo della MAPPA, specialmente per medicina a ricupero in cui vogliamo consegnare le celle che sostituiranno i tessuti nocivi con quei nuovi e sani.„

Dott. Daniel Alge, assistente universitario nel dipartimento di assistenza tecnica biomedica

Gli idrogel della MAPPA sono una più nuova razza degli idrogel iniettabili. Questi materiali molli sono catene collegate di perle estremamente piccole fatte del polietilene glicole, un polimero sintetico. Sebbene le microperle non possano stesse aderire alle celle, possono essere costruite per presentare le proteine dell'cella-associazione che possono poi fissare alle molecole del ricevitore sulle cellule staminali di superficie.

Fissato una volta sulle microperle, le cellule staminali usano lo spazio fra le sfere per svilupparsi e trasformare nelle celle specializzate, come l'osso o le cellule epiteliali. E così, quando c'è una lesione, gli idrogel della MAPPA possono essere usati per consegnare queste nuove celle per aiutare i tessuti a rigenerare.

Tuttavia, la salubrità ed il comportamento delle cellule staminali all'interno dell'ambiente dell'idrogel della MAPPA completamente non è stata studiata mai.

“Gli idrogel della MAPPA hanno meccanico superiore e beni biocompatibili, così in linea di principio, sono una grande piattaforma da svilupparsi e mantenere le cellule staminali,„ ha detto Alge. “Ma la gente nel campo realmente non ha una buona comprensione di come le cellule staminali si comportano in questi materiali.„

Per rivolgere questo problema, i ricercatori hanno studiato la crescita, la diffusione e la funzione delle cellule staminali dell'osso negli idrogel della MAPPA. Alge ed il suo gruppo hanno usato tre campioni degli idrogel della MAPPA che hanno differito soltanto nella velocità a cui si sono degradati, cioè, lento, velocemente o per niente.

In primo luogo, affinchè le cellule staminali fissino sugli idrogel della MAPPA, i ricercatori hanno decorato gli idrogel della MAPPA con un tipo di proteina dell'cella-associazione. Poi hanno tenuto la carreggiata le cellule staminali mentre si sono sviluppati facendo uso di un microscopio ad alta definizione e fluorescente. I ricercatori egualmente hanno ripetuto lo stesso esperimento facendo uso di un'altra proteina dell'cella-associazione per studiare se le proteine dell'cella-associazione egualmente pregiudicassero lo sviluppo della cellula staminale all'interno degli idrogel.

Con la loro sorpresa, il gruppo di Alge ha trovato che per entrambi i tipi di proteine dell'cella-associazione, gli idrogel della MAPPA che hanno degradato il più velocemente avuto la più grande popolazione delle cellule staminali. Ancora, le celle stavano cambiando la forma dell'idrogel della MAPPA mentre hanno sparso e reclamato più territorio.

“Nell'idrogel intatto della MAPPA, potremmo ancora vedere che le microperle sferiche ed il materiale erano abbastanza intatti,„ ha detto Alge. “Al contrario, le celle stavano facendo le creste e le scanalature nella degradazione MAPPANO gli idrogel, ricostruenti dinamicamente il loro ambiente.„

I ricercatori egualmente hanno trovato che mentre le cellule staminali si sono sviluppate, la quantità di proteine dell'osso prodotte dalle cellule staminali crescenti dipendeva da quale proteina dell'cella-associazione inizialmente è stata utilizzata nell'idrogel della MAPPA.

Alge ha notato che la comprensione guadagnata con il loro studio notevolmente informerà ulteriori ricerca e sviluppo negli idrogel della MAPPA per le terapie di cellula staminale.

“Sebbene il degradability dell'idrogel della MAPPA profondo pregiudichi la crescita delle cellule staminali, lo abbiamo trovato che l'interazione fra le proteine dell'cella-associazione e la degradazione è egualmente importante,„ abbiamo detto. “Mentre, come campo, avanziamo a grandi passi verso sviluppare i nuovi idrogel della MAPPA per assistenza tecnica del tessuto, dobbiamo esaminare gli effetti sia del degradability che le proteine dell'cella-associazione al meglio utilizzano questi materiali per medicina a ricupero.„

Source:
Journal reference:

Xin, S., et al. (2020) Interplay between degradability and integrin signaling on mesenchymal stem cell function within poly(ethylene glycol) based microporous annealed particle hydrogels. Acta Biomaterialia. doi.org/10.1016/j.actbio.2019.11.009.