Kredit:CC0 Public Domain
Materialer er meget brugt til at hjælpe med at hele sår:Kollagensvampe hjælper med at behandle forbrændinger og tryksår, og stilladslignende implantater bruges til at reparere knogler. Imidlertid, processen med vævsreparation ændrer sig over tid, så forskere udvikler biomaterialer, der interagerer med væv, mens heling finder sted.
Nu, Dr. Ben Almquist og hans team på Imperial College London har skabt et nyt molekyle, der kan ændre den måde, traditionelle materialer arbejder med kroppen på. Kendt som trækkraftaktiverede nyttelaster (TrAP'er), deres metode lader materialer tale med kroppens naturlige reparationssystemer for at drive heling.
Forskerne siger, at inkorporering af TrAP'er i eksisterende medicinske materialer kan revolutionere den måde, skader behandles på. Dr. Almquist, fra Imperial's Department of Bioengineering, sagde:"Vores teknologi kan hjælpe med at lancere en ny generation af materialer, der aktivt arbejder med væv for at drive heling."
Resultaterne er offentliggjort i dag i Avancerede materialer .
Mobil opfordring til handling
Efter en skade, celler 'kravler' gennem kollagen-'stilladserne', der findes i sår, som edderkopper, der navigerer på nettet. Mens de bevæger sig, de trækker i stilladset, som aktiverer skjulte helbredende proteiner, der begynder at reparere skadet væv.
Forskerne designet TrAP'er som en måde at genskabe denne naturlige helingsmetode. De foldede DNA-segmenterne til tredimensionelle former kendt som aptamerer, der klæber tæt til proteiner. Derefter, de vedhæftede et tilpasseligt "håndtag", som celler kan gribe fat i i den ene ende, før den modsatte ende fastgøres til et stillads såsom kollagen.
Under laboratorietestning af deres teknik, de fandt ud af, at celler trak i TrAP'erne, mens de kravlede gennem kollagen-stilladserne. Trækningen fik TrAP'erne til at optrevle som snørebånd for at afsløre og aktivere de helbredende proteiner. Disse proteiner instruerer de helbredende celler til at vokse og formere sig.
Forskerne fandt også ud af, at ved at ændre det cellulære 'håndtag', de kan ændre, hvilken type celle der kan gribe fat og trække, lader dem skræddersy TrAP'er til at frigive specifikke terapeutiske proteiner baseret på hvilke celler der er til stede på et givet tidspunkt. Derved, TrAP'erne producerer materialer, der smart kan interagere med den korrekte celletype på det rigtige tidspunkt under sårreparation.
Det er første gang, at forskere har aktiveret helbredende proteiner ved hjælp af forskellige typer celler i menneskeskabte materialer. Teknikken efterligner helbredelsesmetoder, der findes i naturen. Dr. Almquist sagde:"At bruge cellebevægelse til at aktivere heling findes i væsner lige fra havsvampe til mennesker. Vores tilgang efterligner dem og arbejder aktivt med de forskellige varianter af celler, der ankommer til vores beskadigede væv over tid for at fremme heling."
Fra laboratorium til mennesker
Denne tilgang kan tilpasses forskellige celletyper, så kan bruges ved en række forskellige skader såsom brækkede knogler, arvæv efter hjerteanfald, og beskadigede nerver. Nye teknikker er også desperat nødvendige for patienter, hvis sår ikke vil hele på trods af nuværende indgreb, som diabetiske fodsår, som er den førende årsag til ikke-traumatiske amputationer af underben.
TrAP'er er relativt ligetil at skabe og er fuldt menneskeskabte, hvilket betyder, at de let genskabes i forskellige laboratorier og kan skaleres op til industrielle mængder. Deres tilpasningsevne betyder også, at de kan hjælpe forskere med at skabe nye metoder til laboratorieundersøgelser af sygdomme, stamceller, og vævsudvikling.
Aptamerer bruges i øjeblikket som lægemidler, hvilket betyder, at de allerede er bevist sikre og optimeret til klinisk brug. Fordi TrAP'er drager fordel af aptamerer, der i øjeblikket er optimeret til brug hos mennesker, de kan muligvis tage en kortere vej til klinikken end metoder, der starter fra nulpunkt.
Dr. Almquist sagde:"TrAP-teknologien giver en fleksibel metode til at skabe materialer, der aktivt kommunikerer med såret og giver vigtige instruktioner, når og hvor de er nødvendige. Denne slags intelligente, dynamisk healing er nyttig i hver fase af helingsprocessen, har potentiale til at øge kroppens chance for at komme sig, og har vidtrækkende anvendelser på mange forskellige typer sår. Denne teknologi har potentialet til at fungere som leder af sårreparation, orkestrere forskellige celler over tid for at arbejde sammen for at helbrede beskadiget væv."