Lo sviluppo di un nuovo processo di fabbricazione per creare idrogel di nanofibre allineate potrebbe offrire nuove possibilità per la rigenerazione dei tessuti dopo un infortunio e fornire un modo per testare candidati farmaci terapeutici senza l'uso di animali.

Il gruppo di ricerca, guidato da Jeffrey Hartgerink, professore di chimica e bioingegneria, ha sviluppato idrogel a base di peptidi che imitano la struttura allineata dei tessuti muscolari e nervosi. L'allineamento è fondamentale per la funzionalità dei tessuti, ma è una caratteristica difficile da riprodurre in laboratorio, poiché comporta l'allineamento delle singole cellule.

Da oltre dieci anni il team progetta peptidi multidominio (MDP) che si autoassemblano in nanofibre. Questi assomigliano alle proteine ​​fibrose che si trovano naturalmente nel corpo, proprio come una ragnatela su scala nanometrica.

Nel loro ultimo studio, pubblicato sulla rivista ACS Nano , i ricercatori hanno scoperto un nuovo metodo per creare "noodles" di nanofibra MDP allineati

Dissolvendo prima i peptidi in acqua e poi estrudendoli in una soluzione salata, sono stati in grado di creare nanofibre peptidiche allineate, simili a fili di corda attorcigliati più piccoli di una cellula. Aumentando la concentrazione di ioni, o sale, nella soluzione e ripetendo il processo, hanno ottenuto un allineamento ancora maggiore delle nanofibre.

"I nostri risultati dimostrano che il nostro metodo può produrre nanofibre peptidiche allineate che guidano efficacemente la crescita cellulare nella direzione desiderata", ha spiegato l'autore principale Adam Farsheed, che ha recentemente conseguito il dottorato di ricerca. in bioingegneria da Rice.

"Questo è un passo cruciale verso la creazione di tessuti biologici funzionali per applicazioni di medicina rigenerativa."

Uno dei risultati chiave dello studio è stata una scoperta inaspettata:quando l’allineamento delle nanofibre peptidiche era troppo forte, le cellule non si allineavano più. Ulteriori indagini hanno rivelato che le cellule dovevano essere in grado di "tirare" le nanofibre peptidiche per riconoscere l'allineamento. Quando le nanofibre erano troppo rigide, le cellule non erano in grado di esercitare questa forza e non riuscivano a disporsi nella configurazione desiderata.

"Questa comprensione del comportamento cellulare potrebbe avere implicazioni più ampie per l'ingegneria dei tessuti e la progettazione di biomateriali", ha affermato Hartgerink.

"Capire come le cellule interagiscono con questi materiali su scala nanometrica potrebbe portare a strategie più efficaci per la costruzione dei tessuti."

Altri coautori dello studio della Rice includono il dottorato di ricerca del dipartimento di chimica. i laureati Tracy Yu e Carson Cole, lo studente laureato Joseph Swain e il ricercatore universitario Adam Thomas. Anche il ricercatore universitario di bioingegneria Jonathan Makhoul, lo studente laureato Eric Garcia Huitron e la professoressa K. Jane Grande-Allen sono stati coautori dello studio. Il team di ricercatori dell'Università di Houston comprende Ph.D. lo studente Christian Zevallos-Delgado, l'assistente di ricerca Sajede Saeidifard, il professore di ricerca assistente Manmohan Singh e il professore di ingegneria Kirill Larin.