Bioingegneri e dentisti della UCLA School of Dentistry hanno sviluppato un nuovo idrogel che è più poroso ed efficace nel promuovere la riparazione e la rigenerazione dei tessuti rispetto agli idrogel attualmente disponibili. Una volta iniettato in un modello murino, il nuovo idrogel ha dimostrato di indurre la migrazione delle cellule staminali naturali per promuovere meglio la guarigione ossea. Le attuali applicazioni sperimentali che utilizzano idrogel e cellule staminali introdotte nel corpo o costosi agenti biologici possono avere effetti collaterali negativi.

Le scoperte, pubblicato online sulla rivista Comunicazioni sulla natura , suggeriscono che nel prossimo futuro la prossima generazione di sistemi idrogel potrebbe migliorare notevolmente le attuali terapie a base di biomateriali per riparare i difetti ossei.

Gli idrogel sono biomateriali costituiti da una rete 3D di catene polimeriche. A causa della capacità della rete di assorbire l'acqua e delle sue somiglianze strutturali con i tessuti viventi, può essere utilizzato per fornire cellule in aree difettose per rigenerare il tessuto perso. Però, la piccola dimensione dei pori degli idrogel limita la sopravvivenza delle cellule trapiantate, la loro espansione e la formazione di nuovi tessuti, rendendo questo tutt'altro che ideale per la rigenerazione dei tessuti.

Un materiale che ha preso piede nel campo dei biomateriali è il minerale naturale, argilla. L'argilla è diventata un additivo ideale per i prodotti medici senza effetti negativi segnalati. È stato dimostrato che è biocompatibile ed è facilmente disponibile.

L'argilla è strutturata in strati, con la superficie avente carica negativa. L'esclusiva struttura a strati e la carica erano importanti per i ricercatori poiché i loro idrogel avevano una carica positiva o opposta. Quando l'idrogel è stato inserito negli strati di argilla, attraverso un processo chiamato chimica di intercalazione, il risultato finale è stato un idrogel arricchito con argilla con una struttura molto più porosa che potrebbe facilitare meglio la formazione ossea.

Una volta che ebbero il loro idrogel arricchito con argilla, i ricercatori hanno utilizzato un processo chiamato fotoinduzione, o l'introduzione della luce, per trasformare il loro nuovo biomateriale in un gel, che renderebbe più facile essere iniettati nel loro modello di topo.

Il modello murino aveva un difetto del cranio che non guariva, che i ricercatori hanno iniettato con il loro idrogel arricchito con argilla. Dopo sei settimane, hanno scoperto che il modello mostrava una significativa guarigione ossea attraverso la migrazione e la crescita naturali delle cellule staminali.

"Questa ricerca ci aiuterà a sviluppare la prossima generazione di sistemi idrogel con elevata porosità e potrebbe migliorare notevolmente gli attuali materiali di innesto osseo, " ha detto l'autore principale Min Lee, professore di scienza dei biomateriali alla UCLA School of Dentistry e membro del Jonsson Comprehensive Cancer Center. "Il nostro sistema di idrogel nanocomposito sarà utile per molte applicazioni, compresa la consegna terapeutica, portatori di cellule e ingegneria dei tessuti".

Combinazioni iniettabili di cellule viventi e molecole bioattive che utilizzano idrogel sarebbero un'applicazione medica preferita per trattare aree malsane o danneggiate del corpo piuttosto che interventi chirurgici più invasivi.

La ricerca futura è pianificata per apprendere come le proprietà fisiche degli idrogel nanocompositi influenzano la migrazione delle cellule e la loro funzione, così come la formazione di vasi sanguigni.

Altri autori dello studio sono il co-primo autore Zhong-Kai Cui, un assistente professore di biologia cellulare presso la Southern Medical University in Cina; e il dottor Benjamin Wu, Dott.ssa Tara Aghaloo, Jessalyn Baljon e Soyon Kim, tutta l'UCLA.

Lo studio è stato finanziato dall'Istituto nazionale di ricerca dentale e craniofacciale, l'Istituto Nazionale di Artrite e Malattie Muscoloscheletriche e della Pelle, il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti e MTF Biologics. Gli autori non hanno interessi contrastanti.