Nye selvsamlende proteinhydrogeler kan rumme mange anvendelser til biomedicin

At levere medicin sikkert og præcist er af stor interesse for forskere og, selvfølgelig, til mennesker, der har brug for dem. Det samme er genoprettelse af funktion til beskadigede kropsdele. Jin K. Montclare, en lektor i kemisk og biomolekylær teknik ved NYU Tandon School of Engineering, har taget et stort skridt mod at opfylde begge disse mål.

Hendes laboratorium udviklede for nylig en proteinpolymer - specifikt en proteinfremstillet triblokcopolymer - der kan samles selv til hydrogeler, absorberende netværk af naturlige eller syntetiske polymerkæder. Som beskrevet i en artikel offentliggjort i Biomakromolekyler , disse materialer kan derefter bruges til at få medicin til en målrettet kropsdel, såsom et knæ; og i regenerativ medicin og vævsteknologi, som bruger celler, ingeniørarbejde, og biokemikalier til at forbedre eller erstatte menneskelige celler, væv, eller organer.

Den mest bemærkelsesværdige del af hendes arbejde, hun siger, "forsøger at danne hydrogeler. Det er ikke en triviel bedrift." Forskere har tidligere haft held med at fremstille hydrogeler af syntetiske polymerer; i modsætning, dem, der er udviklet i Montclare Lab for Protein Engineering and Design, stammer fra naturen og er biologisk nedbrydelige. Konstruerede proteinhydrogeler har mange potentielle fordele:de er fremragende biomaterialer, fordi de er fleksible i form og størrelse, og i tilfældet med Montclares hydrogeler, de kan binde sig til et lille molekyle eller lægemiddel, dermed beskytte den mod nedbrydning.

Efter at have lavet proteinerne, Montclare tilføjede curcumin, en naturligt forekommende kemisk forbindelse, der findes i gurkemeje, som kan reducere hævelse og hjælpe med at lindre smerter og betændelse, samt tjene til at bekæmpe kræft. Ingredienserne samles derefter selv til en gel, der indkapslede curcumin.

"Vores er de første proteinhydrogeler med designet mekanisk integritet til at være i stand til specifikt at indkapsle lægemidler - og få dem tættere på brug i biomedicinske applikationer, " siger Montclare. Fordi de er bløde geler, de er potentielt injicerbare og kan infunderes med terapeutiske midler eller celler, der kan erstatte kirurgi og lindre smerter. "Dette kan revolutionere behandlingen, "tilføjer hun." Det er mange år tilbage, men det er der, mit sind er på vej." Hydrogeler kunne være særligt nyttige til at reparere beskadiget brusk, en smertefuld virkning af slidgigt, som påvirker omkring 30 millioner amerikanere, et antal, der forventes at blive mere end fordoblet i år 2040.

En anden potentiel anvendelse for proteinhydrogeler er i genterapi, hvor normale gener erstatter manglende eller defekte som en måde at korrigere genetiske lidelser på. Hydrogelerne kunne muligvis fange gener og nukleinsyrer og bruge disse til at behandle genetiske problemer. Det vil kræve mere forskning, Montclare bemærker, fordi det materiale, de i øjeblikket arbejder med, er neutralt og skulle være positivt ladet for at interagere med den negativt ladede nukleinsyre, for at genterapien virker.

Hendes laboratoriums næste trin omfatter dyrkning af specifikke typer celler for at se, om de kan bruges til stilladser til at dyrke bestemt væv. Målet er at være i stand til at dyrke geler til at være kompatible i fasthed eller mekanisk integritet med den kropsdel, de er rettet mod, såsom brusk.