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Sfruttare un'esperienza unica nello spirito di collaborazione è una delle formule di successo della Carnegie Mellon University. Negli ultimi tre anni, Phil Campbell e Xi (Charlie) Ren hanno collaborato alla ricerca relativa al controllo spaziale delle vescicole extracellulari (EV). I loro sforzi hanno prodotto una nuova strategia che consente la ritenzione spaziale a lungo termine dei veicoli elettrici, una variabile chiave per consentire future applicazioni di ingegneria tissutale e medicina rigenerativa.
"I veicoli elettrici possono essere considerati i comunicatori universali, non solo nel corpo, ma in tutti gli esseri viventi", ha spiegato Campbell, professore di ricerca di ingegneria biomedica. "Si verificano naturalmente, sono biocompatibili e possono essere utilizzati per inviare messaggi tra le cellule a livello di nanoscala".
Gli studi hanno dimostrato che le terapie basate su EV hanno meno probabilità di innescare risposte immunitarie avverse e non pongono le stesse preoccupazioni logistiche e normative delle terapie basate su cellule viventi. Tuttavia, sebbene ricchi di potenziale, i veicoli elettrici consegnati nella loro forma naturale sono generalmente soggetti a una rapida eliminazione e in genere mancano di un'erogazione mirata controllata. In alcune applicazioni è richiesto un dosaggio prolungato ripetuto, che presenta sfide sia per l'efficacia che per l'efficacia complessive.
"Il nostro lavoro nasceva da una domanda molto semplice", ha detto Ren, assistente professore di ingegneria biomedica. "Ci sono molti aspetti del controllo della funzione biologica dei veicoli elettrici, ma se siamo in grado di fornire la conservazione (dei veicoli elettrici), possiamo fare qualcosa di eccezionale? Uno dei modi migliori per far avanzare la ricerca è parlare con altre facoltà che hanno competenze diverse. Noi ho preso gli aspetti e gli strumenti della chimica dal mio laboratorio e li ho accoppiati con la piattaforma EV sviluppata dal laboratorio di Phil per presentare una nuova tecnologia innovativa."
In una recente ricerca pubblicata su Biomaterials , il gruppo ha descritto un metodo per immobilizzare i veicoli elettrici derivati dalle cellule staminali mesenchimali (MSC) in idrogel di collagene per aumentare l'angiogenesi o la formazione di nuovi vasi sanguigni, che è un passaggio critico per la maggior parte delle applicazioni riparative e rigenerative. In pratica, i pazienti diabetici che soffrono di malattie vascolari, in cui le arterie sono indurite in tutto il corpo, potrebbero trarre beneficio da biomateriali pro-angiogenici come questi.
Per ottenere ciò, i ricercatori hanno incorporato un'etichetta chimica selettiva sulla superficie esterna dell'EV, che non ne altera le proprietà morfologiche o funzionali. Attraverso questo tag chimico, i veicoli elettrici possono essere efficacemente radicati all'interno di impianti di idrogel e suscitare un'infiltrazione più robusta della cellula ospite. Nello studio, le risposte angiogeniche e immunoregolatorie sono state confrontate con 10 volte la dose più alta richiesta utilizzando veicoli elettrici convenzionali non immobilizzati.
"In poche parole, quello che ora abbiamo la capacità di fare è controllare spazialmente dove mettiamo i veicoli elettrici e tenerli lì in condizioni controllate", ha riassunto Campbell. "Abbiamo esaminato specificamente la promozione dell'angiogenesi per questo documento, ma più in generale, questa tecnica potrebbe portare a maggiori applicazioni terapeutiche per la guarigione delle ferite e altre terapie rigenerative e riparative".
Sono inoltre in corso sforzi per applicare questa piattaforma EV all'ingegneria del tessuto osseo come alternativa al titanio. Il gruppo sta progettando impalcature ed esplorando la funzionalizzazione per superare le attuali sfide che il titanio presenta come rigenerativo limitato quando viene impiantato all'interno del corpo.
"Speriamo di poter progettare un modo per infondere materiali non biologici, come un impianto metallico, con questo idrogel, con EV caricato, che potrebbe incoraggiare il corpo a prendere l'impianto estraneo tra le parti del corpo", ha affermato Ren. + Esplora ulteriormente
