Исследователи риса и сотрудники Техасского института сердца (THI) разработали базовый набор инъекционных гидрогелей, которые обещают помочь заживить раны, доставить лекарства и лечить рак. Важно отметить, что они проанализировали, как химически различные гидрогели вызывают воспалительную реакцию организма – или нет.
Гидрогели, разработанные в Rice, предназначены для инъекций и создают имитацию клеточных каркасов в желаемом месте.
Они служат заполнителями, в то время как организм естественным образом питает новые кровеносные сосуды и клетки в каркас, который со временем разрушается, оставляя на своем месте естественную ткань. Гидрогели также могут нести химические или биологические подсказки, которые определяют структуру каркаса или сродство к окружающей ткани.
Исследование, проведенное химиком и биоинженером Джеффри Хартгеринком и аспирантом Танией Лопес-Сильва из Райса и Дарреном Вудсайдом, вице-президентом по исследованиям и директором центра проточной цитометрии и визуализации в THI, демонстрирует возможность настройки многодоменных пептидных гидрогелей для получения соответствующий воспалительный ответ на то, что они лечат.
Исследование опубликовано в журнале Biomaterials.
«Мы работали над гидрогелями на основе пептидов в течение нескольких лет и произвели около 100 различных типов», – сказал Хартгеринк. «В этой статье мы хотели немного подкрепиться и понять некоторые фундаментальные способы, которыми они изменяют биологическую среду."
Исследователи хотели конкретно узнать, как синтетические гидрогели влияют на воспалительную реакцию окружающей среды.
Двухлетнее исследование предоставило первую возможность протестировать различные биосовместимые гидрогели на уровень воспалительной реакции, которую они вызывают.
«Обычно мы думаем о воспалении как о плохом», – сказал Хартгеринк. "Это потому, что воспаление иногда связано с болью, а боль никому не нравится. Но воспалительная реакция также чрезвычайно важна для заживления ран и устранения инфекции.
«Мы не хотим нулевого воспаления; мы хотим соответствующего воспаления», – сказал он. "Если мы хотим залечить раны, воспаление – это хорошо, потому что оно запускает процесс восстановления сосудистой сети.
Он привлекает все виды клеток, которые регенерируют на этом участке."
Лаборатории протестировали четыре основных типа гидрогелей – два с положительным зарядом и два с отрицательным – чтобы увидеть, какое воспаление они вызовут. Они обнаружили, что положительно заряженные гидрогели вызывают гораздо более сильную воспалительную реакцию, чем отрицательно заряженные.
«Среди положительных материалов, в зависимости от химического состава, генерирующего этот заряд, мы можем вызвать сильную или умеренную воспалительную реакцию», – сказал Хартгеринк. "Если вы собираетесь заживить раны, вам действительно нужна умеренная реакция, и мы видели это в одном из четырех материалов.
«Но если вы хотите пройти курс лечения рака, более сильная воспалительная реакция может быть более эффективной», – сказал он. "Для чего-то вроде доставки лекарств, когда воспаление бесполезно, лучше использовать один из отрицательно заряженных материалов.
«По сути, мы закладываем основу, чтобы понять, как разработать материалы для воспалительных реакций, которые эти материалы вызывают. Это даст нам шанс на успех."
Команда THI помогла проанализировать клеточный ответ на гидрогели с помощью многомерной проточной цитометрии.
«Результаты этой работы закладывают основу для конкретной адаптации доставки терапевтического средства средством доставки, которая является функционально актуальной и предсказуемой», – сказал Вудсайд. «Помимо доставки лекарств, эти гидрогели также совместимы с различными типами клеток.
«Одна из проблем терапии стволовыми клетками в настоящее время заключается в том, что адоптивно перенесенные клетки не обязательно остаются в большом количестве в месте инъекции», – сказал он. "Смешивание этих относительно инертных отрицательно заряженных гидрогелей со стволовыми клетками перед инъекцией может преодолеть это ограничение."
Хартгеринк сказал, что эта работа является фундаментальной, а не ориентирована на конкретное применение, но важна для долгосрочной цели – доставки синтетических гидрогелей в клинику. «Мы размышляли о многих вещах, которые мы считаем хорошими и правдивыми в отношении этого материала, и теперь у нас есть более четкое механистическое понимание того, почему они на самом деле правдивы», – сказал Хартгеринк.