Forskare har för första gången skapat en injicerbar hydrogel som i förväg innehåller vävnadsspecifika bioaktiva molekyler via nya tvärbindare. Hydrogelen som beskrivs har stor potential för användning inom vävnadsteknik
Vävnad teknik är utvecklingen av vävnads- och organsubstitut – tredimensionella cellkonstruktioner – med egenskaper som liknar naturliga vävnader. Vävnadsteknik syftar till att återställa, bevara eller förbättra vävnadsfunktioner genom att använda dessa biologiskt aktiva ställningar. Syntetisk hydrogel polymerer har hyllats som lovande kandidater för att tillhandahålla sådana mekaniska ställningar på grund av deras unika sammansättning och strukturella likheter med naturlig extracellulär matris. Hydrogeler efterliknar vävnadsmiljöer och tvärbindarna i hydrogeler hjälper materialet att behålla sin struktur även när det har absorberat enorma mängder vatten. Men för närvarande tillgängliga hydrogeler är biologiskt inerta och kan därför inte agera fristående för att driva en lämplig biologisk funktion. De kräver tillsats av kompatibla biomolekyler (exempelvis tillväxtfaktorer, vidhäftande ligander) vilket gör dem till en absolut nödvändig del av hydrogeler.
I en studie publicerad den 11 juni i Vetenskap Förskott, har forskare utvecklat en ny modulär injicerbar hydrogel som använder en tvärbindare som kallas PdBT – en biologiskt nedbrytbar förening – för tvärbindning av hydrogelpolymeren för att skapa en svullen, bioaktiv hydrogel. PdBT innehåller bioaktiva molekyler genom att förankra dem i de kemiska tvärbindarna i hydrogelen. De specifika biomolekylerna kan enkelt blandas med PdBT vid rumstemperatur och genom att göra så blir bioaktiva molekyler en integrerad del av hydrogelen. Ett sådant system, utvecklat för första gången, har förmågan att binda till vävnadsspecifika biomolekyler vid rumstemperatur för att bli funktionaliserat utan att behöva någon sekundär injektion eller system senare.
De tillsatta biomolekylerna förblir förankrade i hydrogelen och kan presenteras direkt till målvävnaden. Detta förhindrar diffusion till område utanför målområdet och undviker oönskade konsekvenser som inaktivering eller överflödig vävnadstillväxt. Experiment utfördes på ben och brosk med användning av specifika PdBT-monomerer genom att lägga till funktionalitet genom att inkorporera broskassocierad hydrofob N-cadherinpeptid och en hydrofil benmorfogenetisk proteinpeptid, och en broskhärledd glykosaminoglykan, kondroitinsulfat. Denna hydrogelblandning kan injiceras direkt i målvävnaden. Biomolekyler som ingår i hydrogelen kommer i kontakt med kroppens mesenkymala stamceller i värdvävnaden och "lurar" dem så att de läggs till målområdet för att "frö" eller initiera ny tillväxt. När den nya vävnaden växer, bryts hydrogelen ned och försvinner.
Den nya hydrogelen som beskrivs i den aktuella studien kan beredas vid rumstemperatur för omedelbar användning och kan anpassas för olika vävnader. Den enkla beredningsprocessen förhindrar termisk nedbrytning av biomolekyler, vilket har varit ett problem med tidigare hydrogeler eftersom detta påverkar deras biologiska aktivitet. Bioaktiva hydrogeler kan hjälpa till att regenerera ben, brosk, hud och andra vävnader. Denna nya teknik som använder en injicerbar bioaktiv hydrogel med gynnsamma egenskaper har en stark potential för användning inom vävnadsteknik.
***
{Du kan läsa den ursprungliga forskningsartikeln genom att klicka på DOI-länken nedan i listan över citerade källor}
Källa (er)
Guo JL et al. 2019. Modulära, vävnadsspecifika och biologiskt nedbrytbara hydrogel-tvärbindare för vävnadsteknik. Vetenskapens framsteg. 5 (6). https://doi.org/10.1126/sciadv.aaw7396
