Gocce di gel di dimensioni micrometriche possono fornire l'architettura extracellulare necessaria per la crescita e la proliferazione delle cellule. I gel che trasportano le cellule, fatto di peptidi ultracorti autoassemblanti che formano reti di nanofibre di supporto, potrebbe essere iniettato nel tessuto ischemico che necessita di rianimazione con nuovi vasi sanguigni.

"I nostri microgel sono unici perché sono composti da soli quattro amminoacidi, che è il peptide autoassemblante più corto utilizzato finora per fabbricare microgel, ", afferma la bioingegnere KAUST Charlotte Hauser, che ha condotto lo studio. "Questa struttura ultracorta riduce i costi e i tempi per la sintesi dei peptidi".

Gli scienziati hanno sperimentato vari approcci per creare tessuti simili a quelli umani che possono essere utilizzati per terapie rigenerative. I peptidi ultracorti autoassemblanti hanno un vantaggio rispetto ad altri materiali perché possono unirsi per formare un'architettura simile a quella che supporta le cellule nei tessuti viventi. Possono anche essere costituiti da peptidi sintetizzati chimicamente che non causano il rigetto immunitario da parte dell'organismo e sono facilmente modificabili e potenziati per la produzione di massa.

Hauser e il suo team hanno studiato la fabbricazione di microgel utilizzando peptidi ultracorti autoassemblanti composti da tre e sei amminoacidi. Ma stavano lottando per ottimizzare il processo di gelificazione che incoraggia le reti di peptidi a formarsi in goccioline di forma e dimensioni adeguate.

Così hanno sperimentato peptidi composti da quattro amminoacidi. Quindi il peptide più promettente è stato prodotto collegando insieme gli amminoacidi isoleucina, valina, fenilalanina e lisina, seguito dall'aggiunta di un gruppo acetilico a un'estremità e un gruppo ammidico all'altra. Molti di questi peptidi vengono messi in una soluzione acquosa dove si uniscono in un modo specifico che alla fine forma una rete fibrosa.

La soluzione contenente fibre viene fatta passare attraverso un dispositivo microfluidico contenente olio, sale e detersivo. Mentre la soluzione si sposta attraverso il dispositivo, diventa un gel e si rompe in goccioline.

Le goccioline sono rigide, elastico e forte, e mantengono la loro forma e dimensione anche se esposti alla sterilizzazione, radiazioni ultraviolette o agitazione.

Il team ha coltivato con successo cellule endoteliali dei vasi sanguigni sulle superfici delle goccioline. Questi microgel caricati con cellule sono stati iniettati in un idrogel sfuso composto dagli stessi peptidi ultracorti che contenevano anche fibroblasti, un tipo di cellula coinvolta nella guarigione delle ferite. Prossimo, le cellule endoteliali già proliferanti si estendevano radialmente dai microgel e si ramificavano in vasi sanguigni tubolari.

"Abbiamo in programma ulteriori test sui nostri microgel per sviluppare soluzioni terapeutiche avanzate per ferite a lungo termine e ulcere diabetiche, " dice Gustavo Ramirez-Calderon, studente di dottorato della KAUST.

Ciò richiederà molte ricerche. Il team testerà le sostanze per le nuove proprietà dei microgel e cercherà modi per aggiungere segnali biologici ai microgel che possono innescare la formazione di vasi sanguigni, fibre nervose o tessuto osseo. Stanno cercando modi per rendere i microgel ancora più morbidi in modo che possano ospitare le cellule al loro interno. Finalmente, mirano a testare i loro microgel per il trattamento dell'ischemia nei topi.