Ricercatori della Duke University e dell'Università della California, Los Angeles, hanno sviluppato un biomateriale che riduce significativamente la formazione di cicatrici dopo il ferimento, portando a una guarigione della pelle più efficace. Questo nuovo materiale, che si degrada rapidamente una volta che la ferita si è chiusa, dimostra che l'attivazione di una risposta immunitaria adattativa può innescare la guarigione rigenerativa della ferita, lasciando una pelle guarita più forte e più sana.

Questo lavoro si basa sulla precedente ricerca del team con scaffold in idrogel, che creano una struttura per supportare la crescita dei tessuti, accelerare la guarigione delle ferite. Nel loro nuovo studio, il team ha dimostrato che una versione modificata di questo idrogel attiva una risposta immunitaria rigenerativa, che può potenzialmente aiutare a guarire lesioni cutanee come ustioni, tagli, ulcere diabetiche e altre ferite che normalmente guariscono con cicatrici significative che sono più suscettibili di recidive.

Questa ricerca appare online il 9 novembre, 2020 sulla rivista Materiali della natura .

"Il corpo forma tessuto cicatriziale il più velocemente possibile per ridurre la possibilità di infezione, per ridurre il dolore, e, nelle ferite più grandi, per evitare perdite d'acqua per evaporazione, " disse Maani Archang, un primo autore sulla carta e un MD/Ph.D. studente nei laboratori Scumpia e Di Carlo dell'UCLA. "È un processo naturale di guarigione delle ferite".

Gli attuali idrogel per la guarigione delle ferite disponibili per uso clinico siedono sulla superficie della ferita, dove agiscono come una medicazione e aiutano a prevenire l'essiccazione della ferita. Che a sua volta aiuta la ferita a guarire più velocemente, generalmente attraverso la formazione di cicatrici.

Nel loro 2015 Materiali della natura carta, il gruppo di ricerca, diretto da Tatiana Segura di Duke e Dino Di Carlo di UCLA, sviluppato idrogel di particelle ricotte microporose (MAP), che sono un biomateriale a base di microparticelle che può integrarsi nella ferita piuttosto che sedersi sulla superficie della pelle. Le perline all'interno del gel MAP si legano tra loro ma lasciano spazi aperti, creando una struttura porosa che fornisce un supporto per le cellule mentre crescono attraverso il sito della ferita. Mentre la ferita si chiude, il gel si dissolve lentamente, lasciando la pelle guarita.

Sebbene gli idrogel MAP consentissero una rapida crescita cellulare e una riparazione più rapida, il team ha notato che la pelle guarita aveva strutture complesse limitate come i follicoli piliferi e le ghiandole sebacee. Il team era curioso di sapere se potevano alterare il loro biomateriale per migliorare la qualità della pelle guarita.

"In precedenza avevamo visto che quando la ferita iniziava a rimarginarsi, il gel MAP ha iniziato a perdere porosità, che limitava il modo in cui il tessuto poteva crescere attraverso la struttura, "dice don Grifone, un assistente professore presso l'Università della Virginia che è un primo autore della carta ed un ex borsista post-dottorato nel Segura Lab. "Abbiamo ipotizzato che rallentare il tasso di degradazione dello scaffold MAP impedirebbe la chiusura dei pori e fornirebbe un supporto aggiuntivo al tessuto man mano che cresce, che migliorerebbe la qualità del tessuto."

Piuttosto che creare un gel completamente nuovo con nuovi materiali, il team si è invece concentrato sul legante chimico che ha permesso all'impalcatura di essere scomposta naturalmente dal corpo. Nei loro gel MAP originali, questo linker chimico è composto da una sequenza di amminoacidi prelevata dalle proteine ​​strutturali del corpo e disposta secondo un orientamento chimico chiamato L chiralità. Poiché questa sequenza e questo orientamento peptidici sono comuni in tutto il corpo, questo aiuta il gel a evitare di innescare una forte risposta immunitaria, ma consente anche una pronta degradazione attraverso enzimi naturalmente presenti.

"Il nostro corpo si è evoluto per riconoscere e degradare questa struttura di amminoacidi, quindi abbiamo teorizzato che se avessimo capovolto la struttura nella sua immagine speculare, che è D chiralità, il corpo farebbe più fatica a degradare il patibolo, " disse Segura, un professore di ingegneria biomedica alla Duke. "Ma quando mettiamo l'idrogel in una ferita di topo, il gel aggiornato ha finito per fare l'esatto contrario."

Il materiale aggiornato si è integrato nella ferita e ha sostenuto il tessuto mentre la ferita si chiudeva. Ma invece di durare più a lungo, il team ha scoperto che il nuovo gel era quasi completamente scomparso dal sito della ferita, lasciando solo poche particelle.

Però, la pelle guarita si è rivelata più forte e comprendeva strutture cutanee complesse che sono tipicamente assenti nelle cicatrici. Dopo ulteriori indagini, i ricercatori hanno scoperto che la ragione della guarigione più forte, nonostante la mancanza di longevità, era una diversa risposta immunitaria al gel.

Dopo una lesione cutanea, la risposta immunitaria innata del corpo viene immediatamente attivata per garantire che eventuali sostanze estranee che entrano nel corpo vengano rapidamente distrutte. Se le sostanze possono sfuggire a questa prima risposta immunitaria, interviene la risposta immunitaria adattativa del corpo, che identifica e prende di mira il materiale invasore con maggiore specificità.

Poiché il gel MAP originale è stato realizzato con la comune struttura peptidica L, ha generato una lieve risposta immunitaria innata. Ma quando il team ha posizionato il gel riformulato in una ferita, la chiralità D estranea ha attivato il sistema immunitario adattativo, che ha creato anticorpi e cellule attivate inclusi i macrofagi che hanno preso di mira e hanno eliminato il gel più rapidamente dopo la chiusura della ferita.

"Esistono due tipi di risposte immunitarie che possono verificarsi dopo un infortunio:una risposta distruttiva e una risposta rigenerativa più lieve, " disse Scumpia, un assistente professore nella divisione di dermatologia presso l'UCLA Health e il West Los Angeles VA Medical Center. "Quando la maggior parte dei biomateriali viene immessa nel corpo, sono murati dal sistema immunitario e alla fine degradati o distrutti. Ma in questo studio, la risposta immunitaria al gel ha indotto una risposta rigenerativa nel tessuto guarito".

"Questo studio ci mostra che l'attivazione del sistema immunitario può essere utilizzata per inclinare l'equilibrio della guarigione delle ferite dalla distruzione dei tessuti e dalla formazione di cicatrici alla riparazione dei tessuti e alla rigenerazione della pelle, " disse Segura.

Lavorando con Maksim Plikus, un esperto di tessuti rigenerativi presso l'Università della California, Irvine, il team ha anche confermato che le strutture chiave, come i follicoli piliferi e le ghiandole sebacee, si formassero correttamente sopra l'impalcatura. Quando la squadra ha scavato nel meccanismo, hanno scoperto che le cellule del sistema immunitario adattativo sono necessarie per questa risposta rigenerativa.

Mentre il team continua a studiare la risposta immunitaria rigenerativa al loro gel, stanno anche esplorando la possibilità di utilizzare il nuovo idrogel MAP come piattaforma immunomodulante. "Il team sta ora esplorando il modo migliore per rilasciare segnali immunitari dal gel per indurre la rigenerazione della pelle o per sviluppare l'idrogel come piattaforma vaccinale, " disse Scumpia.

"Sono entusiasta della possibilità di progettare materiali che possano interagire direttamente con il sistema immunitario per supportare la rigenerazione dei tessuti", ha affermato Segura. "Questo è un nuovo approccio per noi".