Pannolini per neonati, lenti a contatto e dessert di gelatina. Sebbene apparentemente non correlato, questi articoli hanno una cosa in comune:sono fatti di sostanze altamente assorbenti chiamate idrogel che hanno applicazioni versatili. Recentemente, un tipo di idrogel biodegradabile, soprannominato idrogel di particelle microporose ricotte (MAP), ha guadagnato molta attenzione per il suo potenziale di fornire cellule staminali per la riparazione dei tessuti corporei. Ma attualmente non è chiaro come questi materiali gelatinosi influenzino la crescita del loro prezioso carico cellulare, limitandone così l'uso nella medicina rigenerativa.

In un nuovo studio pubblicato nel numero di novembre di Acta Biomaterialia , ricercatori della Texas A&M University hanno dimostrato che gli idrogel MAP, programmato per biodegradarsi a un ritmo ottimale, creare un ambiente fertile in cui le cellule staminali ossee possano prosperare e proliferare vigorosamente. Hanno scoperto che lo spazio creato dall'appassimento degli idrogel MAP crea spazio per la crescita delle cellule staminali, si diffondono e formano intricate reti cellulari.

"La nostra ricerca ora mostra che le cellule staminali prosperano sugli idrogeli MAP degradanti; rimodellano anche il loro ambiente locale per soddisfare meglio le loro esigenze, " ha detto il dottor Daniel Alge, ricercatore presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica. "Questi risultati hanno importanti implicazioni per lo sviluppo di sistemi di somministrazione basati su idrogel MAP, in particolare per la medicina rigenerativa, dove vogliamo fornire cellule che sostituiranno i tessuti danneggiati con quelli nuovi e sani".

Gli idrogel MAP sono una nuova generazione di idrogel iniettabili. Questi materiali morbidi sono catene interconnesse di perline estremamente piccole fatte di glicole polietilenico, un polimero sintetico. Sebbene le microsfere non possano aderire alle cellule, possono essere ingegnerizzati per presentare proteine ​​che legano le cellule che possono quindi attaccarsi alle molecole recettoriali sulla superficie delle cellule staminali.

Una volta fissate sulle microsfere, le cellule staminali utilizzano lo spazio tra le sfere per crescere e trasformarsi in cellule specializzate, come le cellule ossee o della pelle. E così, quando c'è un infortunio, Gli idrogel MAP possono essere utilizzati per fornire queste nuove cellule per aiutare i tessuti a rigenerarsi.

Però, la salute e il comportamento delle cellule staminali all'interno dell'ambiente dell'idrogel MAP non è mai stato completamente studiato.

"Gli idrogel MAP hanno proprietà meccaniche e biocompatibili superiori, quindi in linea di principio sono un'ottima piattaforma per coltivare e mantenere le cellule staminali, " ha detto Alge. "Ma le persone nel campo in realtà non hanno una buona comprensione di come si comportano le cellule staminali in questi materiali".

Per rispondere a questa domanda, i ricercatori hanno studiato la crescita, diffusione e funzione delle cellule staminali ossee negli idrogel MAP. Alge e il suo team hanno utilizzato tre campioni di idrogel MAP che differivano solo per la velocità con cui si degradavano, questo è, o lento, veloce o per niente.

Primo, affinché le cellule staminali si leghino agli idrogel MAP, i ricercatori hanno decorato gli idrogel MAP con un tipo di proteina che lega le cellule. Hanno quindi monitorato le cellule staminali mentre crescevano utilizzando un'alta risoluzione, microscopio a fluorescenza. I ricercatori hanno anche ripetuto lo stesso esperimento utilizzando un'altra proteina legante le cellule per indagare se le proteine ​​​​leganti le cellule influenzassero anche lo sviluppo delle cellule staminali all'interno degli idrogel.

Con loro sorpresa, Il team di Alge ha scoperto che per entrambi i tipi di proteine ​​che legano le cellule, gli idrogel MAP che si sono degradati più velocemente avevano la più grande popolazione di cellule staminali. Per di più, le cellule stavano cambiando la forma dell'idrogel MAP mentre si diffondevano e rivendicavano più territorio.

"Nell'idrogel MAP intatto, potevamo ancora vedere le microsfere sferiche e il materiale era abbastanza integro, " disse Alge. "Al contrario, le cellule formavano creste e solchi negli idrogeli MAP degradanti, rimodellando dinamicamente il loro ambiente."

I ricercatori hanno anche scoperto che man mano che le cellule staminali crescevano, la quantità di proteine ​​ossee prodotte dalle cellule staminali in crescita dipendeva da quale proteina legante le cellule era stata inizialmente utilizzata nell'idrogel MAP.

Alge ha osservato che le informazioni acquisite attraverso il loro studio saranno molto importanti per ulteriori ricerche e sviluppi sugli idrogel MAP per le terapie con cellule staminali.

"Sebbene la degradabilità del MAP idrogel influenzi profondamente la crescita delle cellule staminali, abbiamo scoperto che anche l'interazione tra le proteine ​​che legano le cellule e la degradazione è importante, " ha detto. "Come noi, come un campo, fare passi avanti verso lo sviluppo di nuovi idrogel MAP per l'ingegneria tissutale, dobbiamo guardare agli effetti sia della degradabilità che delle proteine ​​che legano le cellule per utilizzare al meglio questi materiali per la medicina rigenerativa".