Ученые впервые создали гидрогель для инъекций, который заранее включает тканеспецифические биоактивные молекулы через новые сшивающие агенты. Описанный гидрогель имеет большой потенциал для использования в тканевой инженерии.
Тканевая инженерия — это разработка заменителей тканей и органов — трехмерных клеточных конструкций, обладающих свойствами, сходными с природными тканями. Цель тканевой инженерии — восстановление, сохранение или улучшение функций тканей с помощью этих биологически активных каркасов. Синтетические гидрогелевые полимеры были признаны перспективными кандидатами для создания таких механических каркасов благодаря их уникальному составу и структурному сходству с природным внеклеточным матриксом. Гидрогели имитируют тканевую среду, а сшивающие агенты в гидрогелях помогают материалу сохранять свою структуру даже при поглощении большого количества воды. Однако имеющиеся в настоящее время гидрогели биологически инертны и, следовательно, не могут действовать самостоятельно для обеспечения соответствующей биологической функции. Они требуют добавления совместимых биомолекул (например, факторов роста, адгезивных лигандов), что делает их неотъемлемой частью гидрогелей.
В исследовании, опубликованном 11 июня в журнале Science Advances , ученые разработали новый модульный инъекционный гидрогель, в котором для сшивания полимера гидрогеля используется сшивающий агент PdBT – биоразлагаемое соединение. В результате образуется набухший биоактивный гидрогель. PdBT внедряет биоактивные молекулы, закрепляя их в химических сшивающих агентах гидрогеля. Специфические биомолекулы легко смешиваются с PdBT при комнатной температуре, и таким образом биоактивные молекулы становятся неотъемлемой частью гидрогеля. Эта система, разработанная впервые, способна связываться с тканеспецифическими биомолекулами при комнатной температуре, функционализируя их без необходимости вторичной инъекции или использования дополнительных систем в дальнейшем.
Добавленные биомолекулы остаются прикрепленными к гидрогелю и могут быть представлены непосредственно в ткани-мишени. Это предотвращает диффузию в область за пределами целевой области, избегая нежелательных последствий, таких как инактивация или избыточный рост ткани. Эксперименты проводились на костях и хрящах с использованием специфических мономеров PdBT путем добавления функциональности за счет включения связанного с хрящом гидрофобного пептида N-кадгерина и гидрофильного костного морфогенетического белкового пептида, а также гликозаминогликана хондроитина сульфата, полученного из хряща. Эту смесь гидрогелей можно вводить непосредственно в ткань-мишень. Биомолекулы, включенные в гидрогель, вступают в контакт с мезенхимальными стволовыми клетками тела хозяина и «заманивают» их, чтобы они добавлялись к целевой области для «посева» или инициирования нового роста. Как только новая ткань растет, гидрогель разрушается и исчезает.
Новый гидрогель, описанный в текущем исследовании, может быть приготовлен при комнатной температуре для немедленного использования и может быть адаптирован для различных тканей. Простой процесс приготовления предотвращает термическое разложение биомолекул, которое было проблемой с предыдущими гидрогелями, поскольку это влияет на их биологическую активность. Биоактивные гидрогели могут помочь в регенерации костей, хрящей, кожи и других тканей. Этот новый метод, в котором используется инъекционный биоактивный гидрогель, обладающий благоприятными свойствами, имеет большой потенциал для использования в тканевой инженерии.
{Вы можете прочитать исходную исследовательскую работу, щелкнув ссылку DOI, приведенную ниже в списке цитируемых источников}
Источник (ы)
Guo JL et al. 2019. Модульные, тканеспецифические и биоразлагаемые гидрогелевые сшивающие агенты для тканевой инженерии. Наука продвигается. 5 (6). https://doi.org/10.1126/sciadv.aaw7396
