Gel dråber til regenerativ medicin

Geldråber i mikrometerstørrelse kan give den ekstracellulære arkitektur, der er nødvendig for, at celler kan vokse og formere sig. De cellebærende geler, lavet af selvsamlende ultrakorte peptider, der danner understøttende nanofibernetværk, kan injiceres i iskæmisk væv med behov for genoplivning med nye blodkar.

"Vores mikrogeler er unikke, fordi de kun er lavet af fire aminosyrer, som er det korteste selvsamlende peptid, der hidtil er blevet brugt til at fremstille mikrogeler, " siger KAUST bioingeniør Charlotte Hauser, der ledede undersøgelsen. "Denne ultrakorte struktur reducerer omkostningerne og tiden til peptidsyntese."

Forskere har eksperimenteret med forskellige tilgange til fremstilling af menneskelignende væv, der kan bruges til regenerative terapier. Selvsamlende ultrakorte peptider har en fordel i forhold til andre materialer, fordi de kan samles og danne en arkitektur, der ligner den, der understøtter celler i levende væv. De kan også fremstilles af kemisk syntetiserede peptider, der ikke forårsager immunafstødning af kroppen og let modificeres og opskaleres til masseproduktion.

Hauser og hendes team havde undersøgt fremstillingen af ​​mikrogeler ved hjælp af selvsamlende ultrakorte peptider lavet af tre og seks aminosyrer. Men de kæmpede for at optimere geleringsprocessen, der tilskynder peptidnetværkene til at dannes til passende formede og størrelse dråber.

Så de eksperimenterede med peptider lavet af fire aminosyrer. Så blev det mest lovende peptid lavet ved at sammenkæde aminosyrerne isoleucin, valine, phenylalanin og lysin, efterfulgt af tilføjelse af en acetylgruppe til den ene ende og en amidgruppe til den anden. Mange af disse peptider anbringes i en vandig opløsning, hvor de bindes sammen på en bestemt måde, der i sidste ende danner et fibrøst netværk.

Den fiberholdige opløsning føres gennem en mikrofluidisk enhed indeholdende olie, salt og opvaskemiddel. Når løsningen bevæger sig gennem enheden, det bliver en gel og brydes i dråber.

Dråberne er stive, elastisk og stærk, og bevarer deres form og størrelse, selv når de udsættes for sterilisering, ultraviolet stråling eller agitation.

Holdet dyrkede med succes blodkarendotelceller på dråbeoverfladerne. Disse cellefyldte mikrogeler blev injiceret i en bulk hydrogel lavet af de samme ultrakorte peptider, som også indeholdt fibroblaster, en type celle involveret i sårheling. Næste, de allerede prolifererende endotelceller strakte sig radialt fra mikrogelerne og forgrenede sig til rørformede blodkar.

"Vi planlægger yderligere tests på vores mikrogeler for at udvikle avancerede terapeutiske løsninger til langvarige sår og diabetiske sår, " siger KAUST Ph.D.-studerende Gustavo Ramirez-Calderon.

Dette vil kræve meget forskning. Holdet vil teste stoffer for nye mikrogelegenskaber samt søge måder at tilføje biologiske signaler til mikrogelerne, der kan udløse dannelsen af ​​blodkar, nervefibre eller knoglevæv. De leder efter måder at gøre mikrogelerne endnu blødere, så de kan rumme celler på deres indre. Endelig, de sigter mod at teste deres mikrogeler til behandling af iskæmi hos mus.