Un'illustrazione mostra quanto sia efficace una selezione di idrogel peptidici progettati su misura per controllare l'infiammazione. I gel sviluppati alla Rice University fungono da impalcature per nuovi tessuti e mostrano risultati promettenti per il trattamento di ferite e cancro e per la somministrazione di farmaci. Gli idrogel sono progettati per dissolversi nel corpo in quanto vengono sostituiti da sostanze naturali, tessuto funzionale. Credito:Tania Lopez-Silva/Rice University
Idrogel per la guarigione, sintetizzato dalle molecole in su dai bioingegneri della Rice University, sono a pochi passi dalla clinica.
I ricercatori e i collaboratori del riso del Texas Heart Institute (THI) hanno stabilito un set di base di idrogel iniettabili che promettono di aiutare a guarire le ferite, consegnare farmaci e curare il cancro. criticamente, hanno analizzato come gli idrogel chimicamente distinti provocano o meno la risposta infiammatoria del corpo.
Gli idrogel sviluppati alla Rice sono progettati per essere iniettabili e creare un'imitazione di scaffold cellulari in una posizione desiderata. Servono come segnaposto mentre il corpo alimenta naturalmente nuovi vasi sanguigni e cellule nell'impalcatura, che si degrada nel tempo per lasciare il tessuto naturale al suo posto. Gli idrogel possono anche trasportare suggerimenti chimici o biologici che determinano la struttura o l'affinità dell'impalcatura con il tessuto circostante.
Lo studio condotto dal chimico e bioingegnere Jeffrey Hartgerink e dalla studentessa laureata Tania Lopez-Silva alla Rice e Darren Woodside, vicepresidente per la ricerca e direttore del nucleo di citometria a flusso e imaging presso THI, dimostra che dovrebbe essere possibile sintonizzare gli idrogel peptidici multidominio per produrre una risposta infiammatoria appropriata per ciò che stanno trattando.
La ricerca appare in Biomateriali .
"Abbiamo lavorato su idrogel a base di peptidi per un certo numero di anni e abbiamo prodotto circa 100 tipi diversi, "Hartgerink ha detto. "In questo documento, volevamo fare un po' di backup e capire alcuni dei modi fondamentali in cui modificano gli ambienti biologici".
I ricercatori volevano sapere nello specifico in che modo gli idrogel sintetici influenzano la risposta infiammatoria dell'ambiente. Lo studio di due anni ha offerto la prima opportunità di testare una varietà di idrogel biocompatibili per i livelli di risposta infiammatoria che innescano.
"Generalmente, pensiamo che l'infiammazione sia un male, "Ha detto Hartgerink. "Questo perché l'infiammazione a volte è associata al dolore, e a nessuno piace il dolore. Ma la risposta infiammatoria è anche estremamente importante per la guarigione delle ferite e per eliminare l'infezione.
I ricercatori della Rice University e del Texas Heart Institutes hanno testato un campione di fibre sintetiche, idrogel biocompatibili per vedere come la loro regolazione influenza la risposta infiammatoria del corpo. Gli idrogel sono in fase di sviluppo per aiutare a guarire le ferite, consegnare farmaci e curare il cancro. Credito:Rice University/Texas Heart Institute
"Non vogliamo un'infiammazione zero; vogliamo un'infiammazione appropriata, " disse. "Se vogliamo curare le ferite, l'infiammazione è buona perché avvia il processo di ricostruzione del sistema vascolare. Recluta tutti i tipi di cellule che sono rigenerative in quel sito".
I laboratori hanno testato quattro tipi di idrogel di base, due con carica positiva e due negativi, per vedere che tipo di infiammazione avrebbero innescato. Hanno scoperto che gli idrogel con carica positiva innescavano una risposta infiammatoria molto più forte di quelli con carica negativa.
"Tra i materiali positivi, a seconda della chimica che genera quella carica, possiamo generare una risposta infiammatoria forte o moderata, "Ha detto Hartgerink. "Se hai intenzione di guarire le ferite, vuoi davvero una risposta moderata, e lo abbiamo visto in uno dei quattro materiali.
"Ma se vuoi fare una cura per il cancro, la risposta infiammatoria più elevata potrebbe essere più efficace, " ha detto. "Per qualcosa come la consegna della droga, dove l'infiammazione non è utile, uno dei materiali caricati negativamente potrebbe essere migliore.
"Fondamentalmente, stiamo gettando le basi per capire come sviluppare materiali attorno alle risposte infiammatorie che questi materiali provocano. Questo ci darà le nostre migliori possibilità di successo".
Il team THI ha aiutato ad analizzare la risposta cellulare agli idrogel attraverso la citometria a flusso multidimensionale.
"I risultati di questo lavoro gettano le basi per personalizzare in modo specifico la consegna di una terapia da parte di un veicolo di consegna che sia funzionalmente rilevante e prevedibile, " Woodside ha detto. "A parte la consegna di farmaci, questi idrogel sono anche compatibili con una varietà di tipi di cellule.
"Uno dei problemi con le terapie con cellule staminali al momento è che le cellule trasferite per adozione non rimangono necessariamente in numero elevato nel sito di iniezione, " ha detto. "Mescolando questi relativamente inerti, idrogel caricati negativamente con cellule staminali prima dell'iniezione possono superare questa limitazione".
Hartgerink ha detto che il lavoro è fondamentale, piuttosto che orientato verso un'applicazione specifica, ma è importante per l'obiettivo a lungo termine di portare idrogel sintetici alla clinica. "Abbiamo speculato su molte delle cose che pensiamo siano buone e vere su questo materiale, e ora abbiamo più di una solida comprensione meccanicistica del perché sono, infatti, vero, "Ha detto Hartgerink.
