Vědci poprvé vytvořili injektovatelný hydrogel, který předem obsahuje tkáňově specifické bioaktivní molekuly prostřednictvím nových síťovacích činidel. Popsaný hydrogel má velký potenciál pro použití v tkáňovém inženýrství
Tkáň inženýrství je vývoj tkáňových a orgánových náhrad – trojrozměrných buněčných konstruktů – s vlastnostmi podobnými přírodním tkáním. Tkáňové inženýrství se zaměřuje na obnovu, zachování nebo posílení funkcí tkání pomocí těchto biologicky aktivních skafoldů. Syntetický hydrogel polymery byly oslavovány jako slibní kandidáti pro poskytnutí takových mechanických lešení díky jejich jedinečnému složení a strukturní podobnosti s přirozenou extracelulární matricí. Hydrogely napodobují tkáňové prostředí a zesíťovadla v hydrogelech pomáhají materiálu udržet si strukturu, i když absorboval obrovské množství vody. V současnosti dostupné hydrogely jsou však biologicky inertní, a proto nemohou fungovat samostatně a řídit vhodnou biologickou funkci. Vyžadují přidání kompatibilních biomolekul (příklad růstových faktorů, adhezivních ligandů), což z nich činí nezbytnou součást hydrogelů.
Ve studii zveřejněné 11. června v Věda Zálohy, vědci vyvinuli nový modulární injektovatelný hydrogel, který používá síťovadlo zvané PdBT – biologicky odbouratelná sloučenina – pro zesíťování hydrogelového polymeru za účelem vytvoření nabobtnalého bioaktivního hydrogelu. PdBT inkorporuje bioaktivní molekuly jejich ukotvením v chemických zesíťovacích činidlech v hydrogelu. Specifické biomolekuly lze jednoduše smíchat s PdBT při pokojové teplotě a tím se bioaktivní molekuly stanou integrovanou součástí hydrogelu. Takový systém, vyvinutý poprvé, má schopnost vázat se na tkáňově specifické biomolekuly při pokojové teplotě, aby se stal funkcionalizovaným, aniž by později vyžadoval jakoukoli sekundární injekci nebo systém.
Přidané biomolekuly zůstávají zakotveny v hydrogelu a mohou být prezentovány přímo cílové tkáni. To zabraňuje difúzi do oblasti mimo cílovou oblast a zabraňuje nežádoucím následkům, jako je inaktivace nebo nadbytečný růst tkáně. Experimenty byly prováděny na kosti a chrupavce za použití specifických monomerů PdBT přidáním funkčnosti prostřednictvím začlenění hydrofobního N-cadherinového peptidu spojeného s chrupavkou a hydrofilního kostního morfogenetického proteinového peptidu a glykosaminoglykanu, chondroitin sulfátu, odvozeného z chrupavky. Tato hydrogelová směs může být přímo injikována do cílové tkáně. Biomolekuly obsažené v hydrogelu přicházejí do kontaktu s mezenchymálními kmenovými buňkami těla hostitelské tkáně a „lákají“ je, aby se přidaly do cílové oblasti, aby „zasévaly“ nebo zahájily nový růst. Jakmile nová tkáň vyroste, hydrogel degraduje a zmizí.
Nový hydrogel popsaný v této studii lze připravit při pokojové teplotě pro okamžité použití a lze jej odpovídajícím způsobem upravit pro různé tkáně. Přímý proces přípravy zabraňuje tepelné degradaci biomolekul, která byla problémem u předchozích hydrogelů, protože to ovlivňuje jejich biologickou aktivitu. Bioaktivní hydrogely mohou pomoci při regeneraci kostí, chrupavek, kůže a dalších tkání. Tato nová technika, která využívá injikovatelný bioaktivní hydrogel s příznivými vlastnostmi, má velký potenciál pro použití v tkáňovém inženýrství.
***
{Původní výzkumný dokument si můžete přečíst kliknutím na odkaz DOI uvedený níže v seznamu citovaných zdrojů}
Zdroje)
Guo JL a kol. 2019. Modulární, tkáňově specifické a biodegradabilní hydrogelové síťovadla pro tkáňové inženýrství. Vědecké pokroky. 5 (6). https://doi.org/10.1126/sciadv.aaw7396
