Hydrogeler kontrollerer inflammation for at hjælpe med heling

Hydrogeler til helbredelse, syntetiseret fra molekylerne op af Rice University bioingeniører, er et par skridt tættere på klinikken.

Risforskere og samarbejdspartnere ved Texas Heart Institute (THI) har etableret et basissæt af injicerbare hydrogeler, der lover at hjælpe med at hele sår, levere medicin og behandle kræft. Kritisk, de har analyseret, hvordan de kemisk adskilte hydrogeler fremkalder kroppens inflammatoriske reaktion – eller ej.

Hydrogeler udviklet hos Rice er designet til at være injicerbare og skabe en efterligning af cellulære stilladser på et ønsket sted. De tjener som pladsholdere, mens kroppen naturligt føder nye blodkar og celler ind i stilladset, som nedbrydes over tid for at efterlade naturligt væv på sin plads. Hydrogeler kan også bære kemiske eller biologiske prompter, der bestemmer stilladsets struktur eller affinitet til det omgivende væv.

Studiet ledet af kemiker og bioingeniør Jeffrey Hartgerink og kandidatstuderende Tania Lopez-Silva på Rice og Darren Woodside, vicepræsident for forskning og direktør for flowcytometri og billeddiagnostisk kerne på THI, viser, at det burde være muligt at tune multidomæne peptidhydrogeler til at producere passende inflammatorisk respons til det, de behandler.

Forskningen vises i Biomaterialer .

"Vi har arbejdet på peptidbaserede hydrogeler i en årrække og har produceret omkring 100 forskellige typer, " sagde Hartgerink. "I dette papir, vi ønskede at bakke lidt op og forstå nogle af de grundlæggende måder, hvorpå de ændrer biologiske miljøer."

Forskerne ønskede at vide specifikt, hvordan syntetiske hydrogeler påvirker miljøets inflammatoriske reaktion. Det toårige studie gav den første mulighed for at teste en række biokompatible hydrogeler for de niveauer af inflammatorisk respons, de udløser.

"Som regel, vi tænker på betændelse som slemt, " sagde Hartgerink. "Det er fordi betændelse nogle gange er forbundet med smerte, og ingen kan lide smerte. Men det inflammatoriske respons er også ekstremt vigtigt for sårheling og for at fjerne infektion.

"Vi vil ikke have nul betændelse; vi vil have passende inflammation, " sagde han. "Hvis vi vil hele sår, betændelse er godt, fordi det starter processen med at genopbygge vaskulaturen. Den rekrutterer alle slags celler, der er regenerative til det sted."

Laboratorierne testede fire grundlæggende hydrogeltyper - to med positiv ladning og to negative - for at se, hvilken slags betændelse de ville udløse. De opdagede, at positivt ladede hydrogeler udløste en meget stærkere inflammatorisk respons end negativt ladede.

"Blandt de positive materialer, afhængig af kemien, der genererer denne ladning, vi kan enten generere en stærk eller en moderat inflammatorisk reaktion, " sagde Hartgerink. "Hvis du går efter sårheling, du virkelig ønsker et moderat svar, og det så vi i et af de fire materialer.

"Men hvis du vil gå til en kræftbehandling, det højere inflammatoriske respons kan være mere effektivt, " sagde han. "For noget som levering af medicin, hvor betændelse ikke hjælper, et af de negativt ladede materialer kan være bedre.

"I bund og grund, vi lægger grunden til at forstå, hvordan man udvikler materialer omkring de inflammatoriske reaktioner, som disse materialer fremkalder. Det vil give os vores bedste chance for succes."

THI-teamet hjalp med at analysere det cellulære respons på hydrogelerne gennem multidimensionel flowcytometri.

"Resultaterne af dette arbejde danner grundlaget for specifikt at skræddersy leveringen af ​​et terapeutisk middel med et leveringsmiddel, der er funktionelt relevant og forudsigeligt, " sagde Woodside. "Udover at levere stoffer, disse hydrogeler er også kompatible med en række forskellige celletyper.

"Et af problemerne med stamcelleterapi på nuværende tidspunkt er, at adoptivt overførte celler ikke nødvendigvis forbliver i et højt antal på injektionsstedet, " sagde han. "Blander disse relativt inerte, negativt ladede hydrogeler med stamceller før injektion kan overvinde denne begrænsning."

Hartgerink sagde, at arbejdet er grundlæggende, snarere end rettet mod en bestemt applikation, men er vigtig for det langsigtede mål om at bringe syntetiske hydrogeler til klinikken. "Vi har spekuleret i mange af de ting, vi synes er gode og sande ved dette materiale, og vi har nu mere en sund mekanistisk forståelse af, hvorfor de er, faktisk, sand, " sagde Hartgerink.