Учените за първи път създадоха инжекционен хидрогел, който предварително включва тъканно-специфични биоактивни молекули чрез нови омрежващи агенти. Описаният хидрогел има силен потенциал за използване в тъканното инженерство
Тъкан инженерството е разработването на тъканни и органни заместители – триизмерни клетъчни конструкции – със свойства, подобни на естествените тъкани. Тъканно инженерство има за цел възстановяване, запазване или подобряване на функциите на тъканите чрез използване на тези биологично активни скелета. Синтетичен хидрогел полимерите са приветствани като обещаващи кандидати за осигуряване на такива механични скелета поради техния уникален състав и структурни прилики с естествения извънклетъчен матрикс. Хидрогелите имитират тъканна среда, а омрежващите агенти в хидрогеловете помагат на материала да поддържа структурата си, дори когато е абсорбирал огромни количества вода. Въпреки това, наличните в момента хидрогелове са биологично инертни и по този начин не могат да действат самостоятелно, за да управляват подходяща биологична функция. Те изискват добавяне на съвместими биомолекули (например растежни фактори, адхезивни лиганди), което ги прави задължителна част от хидрогеловете.
В проучване, публикувано на 11 юни в Наука Авансите, учените са разработили нов модулен инжекционен хидрогел, който използва омрежващ агент, наречен PdBT – биоразградимо съединение – за омрежване на хидрогеловия полимер за създаване на набъбнал, биоактивен хидрогел. PdBT включва биоактивни молекули, като ги закотвя в химическите омрежващи агенти в хидрогела. Специфичните биомолекули могат просто да бъдат смесени с PdBT при стайна температура и по този начин биоактивните молекули стават интегрирана част от хидрогела. Такава система, разработена за първи път, има способността да се свързва с тъканно-специфични биомолекули при стайна температура, за да стане функционализирана, без да изисква вторично инжектиране или система по-късно.
Добавените биомолекули остават закотвени към хидрогела и могат да бъдат представени директно в целевата тъкан. Това предотвратява дифузията към зона извън целевата област, като се избягват нежелани последствия като инактивиране или излишен растеж на тъканта. Експериментите бяха проведени върху кости и хрущяли с използване на специфични PdBT мономери чрез добавяне на функционалност чрез включване на свързан с хрущяла хидрофобен N-кадхерин пептид и хидрофилен костен морфогенетичен протеинов пептид и гликозаминогликан, получен от хрущяла, хондроитин сулфат. Тази хидрогелна смес може да бъде директно инжектирана в целевата тъкан. Биомолекулите, включени в хидрогела, влизат в контакт с мезенхимните стволови клетки на тялото на тъканта гостоприемник и ги „примамват“, така че да бъдат добавени към целевата област, за да „засеят“ или да инициират нов растеж. След като новата тъкан расте, хидрогелът се разгражда и изчезва.
Новият хидрогел, описан в настоящото изследване, може да бъде приготвен при стайна температура за незабавна употреба и може да бъде съответно персонализиран за различни тъкани. Простият процес на приготвяне предотвратява термичното разграждане на биомолекулите, което е било проблем с предишните хидрогелове, тъй като това се отразява на тяхната биологична активност. Биоактивните хидрогелове могат да помогнат за регенериране на костите, хрущялите, кожата и други тъкани. Тази нова техника, която използва инжекционен биоактивен хидрогел с благоприятни свойства, има силен потенциал за използване в тъканното инженерство.
***
{Можете да прочетете оригиналната изследователска статия, като щракнете върху връзката DOI, дадена по-долу в списъка с цитирани източници}
Източник (и)
Guo JL et al. 2019. Модулни, тъканно-специфични и биоразградими хидрогелни кръстосани линкери за тъканно инженерство. Научни постижения. 5 (6). https://doi.org/10.1126/sciadv.aaw7396
