Szövetregenerációt segítő biokooperatív hidrogél

Az Advanced Materials folyóiratban november 14-én jelent meg a Queen Mary University of London és a University of Nottingham kutatóinak cikke, amelyben egy olyan biokooperatív anyag kifejlesztéséről adnak hírt, ami jelentős segítséget nyújthat súlyos sérülések és csonttörések regenerációjában. Az új hidrogél alkalmazásával a véralvadási faktorok és a peptidek önszerveződési folyamatait kihasználva személyre szabott regeneratív implantátumok készíthetők.

A tudományos ismeretek fejlődése ezen a területen az utóbbi időben rengeteg olyan új technológiai eszköz kifejlesztését eredményezte, amelyek egyre hatékonyabb regeneratív terápiákat hoztak a klinikai alkalmazás elérhető közelségébe. Ezek az ígéretes megközelítések gyakran őssejtekre, biomimetikus anyagokra vagy allogén transzplantátumokra támaszkodnak, amelyek sikeres és megbízható kezeléssé válásának azonban korlátai, akadályai vannak.

A most közölt fejlesztés során a kutatók abból indultak ki: a legtöbb testszövet úgy fejlődik, hogy hatékonyan gyógyítja a kisebb sérüléseket, nagyrészt a regeneratív hematóma kialakulására támaszkodva egy dinamikus környezetben, amely a molekuláris és sejtes folyamatokat koordinálja a teljes javulás érdekében. Ezért a kutatók olyan peptid amfifileket (PA-kat) terveztek, amelyek a véralvadás során kölcsönhatásba lépnek a vérkomponensekkel, így egy olyan élő anyagot alkotnak, amelynek célja a regeneratív hematóma (RH) utánzása. A PA-k és a beteg saját vérkomponensei együttesen olyan hidrogéleket hoznak létre, amelyek az RH kulcsfontosságú összetételi és szerkezeti tulajdonságait mutatják. A PA-kat a fejlesztés során direkt különböző töltéssűrűséggel tervezték, hogy többféle fehérjével is kölcsönhatásba lépjenek, mint a fibrinogén és az albumin. Ezen felül a glutamin-maradékok beépítése a PA-kba azt is lehetővé tette, hogy a XIIIa faktor enzim keresztkötést hozzon létre a PA-k és a fibrin között, javítva az anyag mechanikai tulajdonságait.

Az anyag mechanikai vizsgálatai a fentiek miatt tetszőlegesen hangolható merevséget mutattak, és a szerkezeti elemzés megerősítette a robusztus hálózati struktúrát, amely egy olyan, a természetes vérrögökhöz hasonló összetett nanoszálas szerkezetet alkot, amelyben a vérlemezkék jól tapadnak és terjednek. Az anyagban sikerült megőrizni a vérlemezkék normális viselkedését, folyamatos növekedési faktorforrást generált, és támogatta a mesenchymális stromasejtek, endothelsejtek és fibroblasztok növekedését in vitro vizsgálatokban. A 3D nyomtatási technikákkal való kompatibilitás lehetővé teszi a személyre szabott, a felhasználás helyének pontosan megfelelő geometriájú implantátumok gyártását.

Patkánykoponya defektus modelleken végzett in vivo vizsgálatok azt mutatták, hogy a PA-gél implantátumok elősegítették a csontregenerációt. A gél két formulájával végzett kísérlet 62%-os, illetve 56%-os új csontképződést mutatott ki, szemben a kereskedelmi forgalomban kapható Bio-Oss 50%-os, illetve a kezeletlen defektusok 30%-os értékével, ami az anyag klinikai alkalmazásra való alkalmasságát jelzi.

Írásunk az alábbi közlemények alapján készült:

Personalized bone and tissue regeneration gel shows effectiveness in rats

Biocooperative Regenerative Materials by Harnessing Blood-Clotting and Peptide Self-Assembly

Irodalmi hivatkozás:

Soraya Padilla‐Lopategui et al, Biocooperative Regenerative Materials by Harnessing Blood‐Clotting and Peptide Self‐Assembly, Advanced Materials (2024). DOI: 10.1002/adma.202407156