come pescatori, I bioingegneri della Rice University stanno pescando per il loro pescato quotidiano. Ma la loro esca, biomolecole in un'impalcatura di idrogel, attira cellule staminali microscopiche invece di pesci.

Queste, dicono, seminerà la crescita di nuovo tessuto per guarire le ferite.

Il team guidato dal bioingegnere della Brown School of Engineering Antonios Mikos e dallo studente laureato Jason Guo ha sviluppato idrogel iniettabili potenziati da molecole bioattive ancorate nei reticolanti chimici che conferiscono struttura ai gel.

Gli idrogel per la guarigione sono stati fino ad ora biologicamente inerti e richiedono l'aggiunta di fattori di crescita e altre molecole biocompatibili alla miscela. Il nuovo processo rende queste molecole essenziali parte dell'idrogel stesso, in particolare i reticolanti che consentono al materiale di mantenere la sua struttura quando si gonfia con l'acqua.

Il loro lavoro, segnalato in Progressi scientifici , ha lo scopo di aiutare a riparare l'osso, cartilagine e altri tessuti in grado di rigenerarsi.

Meglio di tutto, il laboratorio del riso è personalizzato, gli idrogel attivi possono essere miscelati a temperatura ambiente per un'applicazione immediata, ha detto Miko.

"Questo è importante non solo per la facilità di preparazione e sintesi, ma anche perché queste molecole possono perdere la loro attività biologica quando vengono riscaldate, " ha detto. "Questo è il problema più grande con lo sviluppo di biomateriali che si basano su alte temperature o l'uso di solventi organici".

Esperimenti con biomolecole cartilaginee e ossee hanno mostrato come i reticolanti costituiti da un polimero solubile possono legare piccoli peptidi o grandi molecole, come componenti della matrice extracellulare tessuto-specifici, semplicemente mescolandoli insieme in acqua con un catalizzatore. Mentre il gel iniettato si gonfia per riempire lo spazio lasciato da un difetto tissutale, le molecole incorporate possono interagire con le cellule staminali mesenchimali del corpo, attirandoli per seminare una nuova crescita. Poiché il tessuto nativo popola l'area, l'idrogel può degradarsi e alla fine scomparire.

"Con i nostri precedenti idrogel, in genere avevamo bisogno di un sistema secondario per fornire le biomolecole per produrre efficacemente la riparazione dei tessuti, " Guo ha detto. "In questo caso, il nostro grande vantaggio è che incorporiamo direttamente quelle biomolecole per il tessuto specifico direttamente nel reticolante stesso. Quindi, una volta iniettato l'idrogel, le biomolecole sono proprio dove devono essere."

Per far funzionare la reazione, i ricercatori dipendevano da una variante della chimica dei clic, che facilita l'assemblaggio dei moduli molecolari. I catalizzatori per la chimica dei clic di solito non funzionano in acqua. Ma con l'utile guida del chimico della Rice e co-autore Paul Engel, hanno optato per un catalizzatore biocompatibile e solubile a base di rutenio.

"C'è un catalizzatore specifico a base di rutenio che possiamo usare, " Guo ha detto. "Altri sono spesso citotossici, o sono inattivi in ​​condizioni acquose, oppure potrebbero non funzionare con il tipo specifico di alchino sul polimero.

"Questo particolare catalizzatore funziona in tutte queste condizioni, vale a dire, condizioni molto miti, acquoso e favorevole alle biomolecole, " ha detto. "Ma non era stato ancora utilizzato per le biomolecole."