Nye hydrogeler viser lovende behandling af knogledefekter

Bioingeniører og tandlæger fra UCLA School of Dentistry har udviklet en ny hydrogel, der er mere porøs og effektiv til at fremme vævsreparation og regenerering sammenlignet med hydrogeler, der er tilgængelige i øjeblikket. Når først de er injiceret i en musemodel, den nye hydrogel har vist sig at inducere migration af naturligt forekommende stamceller for bedre at fremme knogleheling. Nuværende eksperimentelle applikationer med hydrogeler og stamceller introduceret i kroppen eller dyre biologiske midler kan komme med negative bivirkninger.

Fundene, offentliggjort online i tidsskriftet Naturkommunikation , tyder på, at den næste generation af hydrogelsystemer i den nærmeste fremtid i høj grad kan forbedre nuværende biomateriale-baserede terapier til at reparere knogledefekter.

Hydrogeler er biomaterialer, der er opbygget af et 3-D netværk af polymerkæder. På grund af netværkets evne til at absorbere vand og dets strukturelle ligheder med levende væv, det kan bruges til at levere celler til defekte områder for at regenerere tabt væv. Imidlertid, den lille porestørrelse af hydrogeler begrænser overlevelsen af ​​transplanterede celler, deres ekspansion og ny vævsdannelse, hvilket gør dette mindre end ideelt til regenerering af væv.

Et materiale, der har slået igennem inden for biomaterialer, er det naturligt forekommende mineral, ler. Ler er blevet et ideelt tilsætningsstof til medicinske produkter uden rapporterede negative virkninger. Det har vist sig at være biokompatibelt og er let tilgængeligt.

Leret er struktureret i lag, hvor overfladen har en negativ ladning. Den unikke lagdelte struktur og ladning var vigtig for forskere, da deres hydrogeler havde en positiv eller modsat ladning. Når hydrogelen blev indsat i lerlagene, gennem en proces kaldet interkalationskemi, slutresultatet var en lerforstærket hydrogel med en meget mere porøs struktur, der bedre kunne lette knogledannelsen.

Engang havde de deres lerforstærkede hydrogel, forskerne brugte en proces kaldet foto-induktion, eller indførelsen af ​​lys, at forvandle deres nye biomateriale til en gel, hvilket ville gøre det nemmere at blive sprøjtet ind i deres musemodel.

Musemodellen havde en ikke-helende kraniedefekt, som forskerne injicerede med deres lerforstærkede hydrogel. Efter seks uger, de fandt ud af, at modellen viste betydelig knogleheling gennem sin egen naturligt forekommende stamcellemigration og vækst.

"Denne forskning vil hjælpe os med at udvikle den næste generation af hydrogelsystemer med høj porøsitet og kan i høj grad forbedre nuværende knogletransplantationsmaterialer, " sagde hovedforfatter Min Lee, professor i biomaterialevidenskab ved UCLA School of Dentistry og medlem af Jonsson Comprehensive Cancer Center. "Vores nanokomposit hydrogel system vil være nyttigt til mange applikationer, inklusive terapeutisk levering, cellebærere og vævsteknologi."

Injicerbare kombinationer af levende celler og bioaktive molekyler ved hjælp af hydrogeler ville være en foretrukken medicinsk anvendelse til behandling af usunde eller beskadigede områder af kroppen frem for mere invasiv kirurgi.

Fremtidig forskning er planlagt for at lære, hvordan de fysiske egenskaber af nanokomposithydrogeler påvirker migrationen af ​​celler og deres funktion, samt dannelsen af ​​blodkar.

Andre forfattere af undersøgelsen er co-first forfatter Zhong-Kai Cui, en assisterende professor i cellebiologi ved Southern Medical University i Kina; og Dr. Benjamin Wu, Dr. Tara Aghaloo, Jessalyn Baljon og Soyon Kim, hele UCLA.

Undersøgelsen blev finansieret af National Institute of Dental and Craniofacial Research, National Institute of Arthritis og Muskuloskeletale og Hudsygdomme, det amerikanske forsvarsministerium og MTF Biologics. Forfatterne har ingen modstridende interesser.