Forskere designer gel fra træmasse til at helbrede beskadiget hjertevæv, forbedre kræftbehandlinger

Du kan reparere et knust hjerte denne valentinsdag, nu hvor forskere har opfundet en ny hydrogel, der kan bruges til at helbrede beskadiget hjertevæv og forbedre kræftbehandlinger.

University of Waterloo kemiingeniørforsker Dr. Elisabeth Prince gik sammen med forskere fra University of Toronto og Duke University for at designe det syntetiske materiale fremstillet ved hjælp af cellulosenanokrystaller, som er afledt af træmasse. Materialet er konstrueret til at replikere de fibrøse nanostrukturer og egenskaber af menneskeligt væv og derved genskabe dets unikke biomekaniske egenskaber.

Forskningen blev for nylig offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Kræft er en forskelligartet sygdom, og to patienter med den samme type kræft vil ofte reagere på den samme behandling på meget forskellige måder," sagde Prince. "Tumororganoider er i det væsentlige en miniaturiseret version af en individuel patients tumor, der kan bruges til lægemiddeltestning, hvilket kunne give forskere mulighed for at udvikle personlige terapier til en specifik patient."

Som direktør for Prince Polymer Materials Lab designer Prince syntetiske biomimetiske hydrogeler til biomedicinske anvendelser. Hydrogelerne har en nanofibrøs arkitektur med store porer til transport af næringsstoffer og affald, hvilket påvirker mekaniske egenskaber og celleinteraktion.

Prince, en professor i Waterloo's Department of Chemical Engineering, brugte disse human-væv mimetiske hydrogeler til at fremme væksten af ​​små tumorreplikaer afledt af doneret tumorvæv.

Hun sigter efter at teste effektiviteten af ​​kræftbehandlinger på minitumororganoiderne, før behandlingen administreres til patienter, hvilket potentielt giver mulighed for personlig kræftbehandling. Denne forskning blev udført sammen med professor David Cescon ved Princess Margaret Cancer Center.

Princes forskningsgruppe i Waterloo er ved at udvikle lignende biomimetiske hydrogeler, der kan injiceres til lægemiddellevering og regenerative medicinske anvendelser, da Waterloo-forskere fortsætter med at lede sundhedsinnovation i Canada.

Hendes forskning sigter mod at bruge injiceret filamentøst hydrogelmateriale til at genskabe hjertevæv beskadiget efter et hjerteanfald. Hun brugte nanofibre som et stillads til genvækst og heling af beskadiget hjertevæv.

"Vi bygger videre på det arbejde, som jeg startede under min ph.d.-grad med at designe human-væv mimetiske hydrogeler, der kan sprøjtes ind i den menneskelige krop for at levere terapeutiske midler og reparere skaden på hjertet, når en patient får et hjerteanfald, " sagde Prince.

Princes forskning er unik, da de fleste geler, der i øjeblikket bruges i vævsteknologi eller 3D-cellekultur, ikke har denne nanofibrøse arkitektur. Princes gruppe bruger nanopartikler og polymerer som byggesten til materialer og udvikler kemi til nanostrukturer, der nøjagtigt efterligner menneskeligt væv.

Næste trin i Princes forskning er at bruge ledende nanopartikler til at lave elektrisk ledende nanofibrøse geler, der kan bruges til at helbrede hjerte- og skeletmuskelvæv.

Flere oplysninger: Elisabeth Prince et al., Nanokolloidal hydrogel efterligner strukturen og de ikke-lineære mekaniske egenskaber af biologiske fibrøse netværk, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI:10.1073/pnas.2220755120

Leveret af University of Waterloo