Injicerbar gel lover som sårhelende materiale til slagtilfælde

Et forskerhold ledet af UCLA biomolekylære ingeniører og læger har demonstreret et terapeutisk materiale, der en dag kunne fremme bedre vævsregenerering efter et sår eller et slagtilfælde.

Under kroppens typiske helingsproces, når væv som hud er beskadiget, vokser kroppen erstatningsceller. Integriner er en klasse af proteiner, der er vigtige i de cellulære processer, der er afgørende for at skabe nyt væv. En af processerne er celleadhæsion, når nye celler "klæber" til materialerne mellem cellerne, kaldet den ekstracellulære matrix. En anden er cellemigration, hvor ved cellens overflade, integriner hjælper med at "trække" cellen med gennem den ekstracellulære matrix for at flytte cellerne på plads. Imidlertid, disse processer forekommer ikke i hjernevæv, der er blevet beskadiget under et slagtilfælde. Dette er grunden til, at forskere forsøger at udvikle terapeutiske materialer, der kunne fremme denne form for helbredelse.

Det injicerbare gel-lignende materiale, som kaldes en hydrogel, at UCLA-forskerne udviklede hjælper denne reparationsproces ved at danne et stillads inde i såret, der fungerer som en kunstig ekstracellulær matrix, og det nye væv vokser omkring det.

At bruge en injicerbar gel er ikke nyt, men tidligere gel-stilladser resulterede i svage blodkar i det nydannede væv. De nye resultater, udgivet i Naturmaterialer , viser, at når stilladset indeholder et specifikt integrin-bindende molekyle, de nye blodkar, der dannes, er stærkere.

"Det injicerbare geléstillads er ligesom et haveespalier, som planter bruger til at vokse på, " sagde Tatiana Segura, professor i kemi og biomolekylær teknik, bioteknik og dermatologi, der ledede forskningen. "I sig selv er det godt, da indkommende nyt væv har noget, der understøtter dets vækst. Dette nye materiale ligner et espalier med meget specifik gødning for at hjælpe planten med at vokse sund og stærk."

Selv ved at kombinere geler med et protein, der fremmer dannelsen af ​​blodkar, såsom vaskulær endotelvækstfaktor, kendt som VEGF, blodkarrene i det nye væv inde i stilladset har tendens til at være utætte og har også en tendens til at klumpe for tæt sammen.

For at overvinde dette, forskerne så dybere på, hvordan integrinbindende molekyler interagerer med gelen, og hvordan disse molekyler påvirkede blodkarvæksten.

De testede to typer stilladser med forskellige integrinbindende molekyler. Begge stilladser indeholdt også VEGF-proteinet. De fandt ud af, at et af stilladserne - som var bundet til integrinet kendt som "α3/α5β1" - fungerede rigtig godt. Det instruerede en højere kvalitet af reparation og regenerering af blodkar. Ud over, de fandt ud af, at α3/α5β1-bindende stilladser også styrede formen af ​​blodkarret, en proces kaldet morfogen signalering.

Det andet integrinbindende stillads, de testede, havde stadig problemer med utætte og sammenklumpede blodkar.

"Ud over blot den strukturelle støtte til nyt væv og blodkar, tilføjelsen af ​​specifikke integrinbindende molekyler for α3/α5β1, fortæller omgivende væv at vokse blodkar, der er stærke og veldefinerede i modsætning til andre, vi testede, hvor nye blodkar var tilbøjelige til at lække og klumpede for tæt sammen, " sagde Segura.

Den ledende forfatter på forskningen var Shuoran Li, en 2017 UCLA doktorgraduate, der blev rådgivet af Segura. Samarbejdspartnere omfatter også Dr. Thomas Carmichael, en neurolog og neuroforsker ved David Geffen School of Medicine ved UCLA og Thomas Barker, en professor i biomedicinsk ingeniørvidenskab ved University of Virginia.

I dette nylige arbejde, forskerne viste, at integrinbinding kan diktere blodkarstrukturen in vitro med det α3/α5β1-bindende stillads, hvilket resulterer i omfattende netværk, der forbinder sig med eksisterende blodkargrene. Derefter brugte forskerne de samme α3/α5β1-stilladser i mus og så blodkar dannet, som var mindre utætte efter slagtilfælde.

Det næste skridt, sagde forskerne, ville bruge integrin-bindende molekyler med andre hydrogelteknologier, der har vist løfte om langsigtet funktionel genopretning efter slagtilfælde, men hvor nyudvoksede blodkar ikke var robuste.

"I øjeblikket er der ingen terapi, der fremmer hjernereparation og genopretning efter slagtilfælde, " sagde Carmichael. "Alle terapier i slagtilfælde fokuserer på den indledende blokering i hjernens blodkar, der fører til slagtilfælde. Det betyder, at slagtilfælde er den hyppigste årsag til voksnes handicap. Denne forskning er spændende, fordi den viser en levedygtig måde at transformere det døde og arrede væv i slagtilfælde ved at dyrke nye og velformede blodkar ind i området for slagtilfælde."

Segura og samarbejdspartnere har arbejdet på biomaterialer til vævsreparation, herunder, en injicerbar gel (til forskel fra denne aktuelle forskning) og for nylig, arbejde, der viste, at gelen kunne reducere inflammation og fremme migrationen af ​​neurale stamceller til slagtilfældet.