Een onderzoeksteam onder leiding van biomoleculaire ingenieurs en artsen van de UCLA heeft een therapeutisch materiaal aangetoond dat op een dag een betere weefselregeneratie na een wond of een beroerte zou kunnen bevorderen.

Tijdens het typische genezingsproces van het lichaam, wanneer weefsels zoals de huid beschadigd zijn, groeit het lichaam vervangende cellen. Integrines zijn een klasse van eiwitten die belangrijk zijn in de cellulaire processen die cruciaal zijn voor het creëren van nieuw weefsel. Een van de processen is celadhesie, wanneer nieuwe cellen "plakken" aan de materialen tussen cellen, de extracellulaire matrix genoemd. Een andere is celmigratie, waar aan het celoppervlak, integrines helpen de cel door de extracellulaire matrix te "trekken" om cellen op hun plaats te brengen. Echter, deze processen vinden niet plaats in hersenweefsel dat tijdens een beroerte is beschadigd. Daarom proberen wetenschappers therapeutische materialen te ontwikkelen die deze vorm van genezing kunnen bevorderen.

Het injecteerbare gelachtige materiaal, wat een hydrogel wordt genoemd, die de UCLA-onderzoekers hebben ontwikkeld, helpt dit herstelproces door een steiger in de wond te vormen die werkt als een kunstmatige extracellulaire matrix, en daar groeit het nieuwe weefsel omheen.

Het gebruik van een injecteerbare gel is niet nieuw, maar eerdere gel-steigers resulteerden in zwakke bloedvaten in het nieuw gevormde weefsel. De nieuwe bevindingen, gepubliceerd in Natuurmaterialen , laten zien dat wanneer de scaffold een specifiek integrinebindend molecuul bevat, de nieuw gevormde bloedvaten zijn sterker.

"De injecteerbare gelsteiger is een soort tuinrooster waar planten op groeien, " zei Tatiana Segura, hoogleraar chemische en biomoleculaire engineering, bio-engineering en dermatologie, die het onderzoek leidde. "Op zich is dat goed, want binnenkomend nieuw weefsel heeft iets om de groei te ondersteunen. Dit nieuwe materiaal is vergelijkbaar met een trellis met een zeer specifieke meststof om de plant gezond en sterk te laten groeien."

Zelfs het combineren van gels met een eiwit dat de vorming van bloedvaten bevordert, zoals vasculaire endotheliale groeifactor, bekend als VEGF, de bloedvaten in het nieuwe weefsel in de steiger hebben de neiging lekkend te zijn en hebben ook de neiging om te dicht bij elkaar te klonteren.

Om dit te overwinnen, de onderzoekers keken dieper naar hoe integrine-bindende moleculen een interactie aangingen met de gel en hoe deze moleculen de groei van bloedvaten beïnvloedden.

Ze testten twee soorten scaffolds met verschillende integrine-bindende moleculen. Beide scaffolds bevatten ook het VEGF-eiwit. Ze ontdekten dat een van de steigers - die verbonden was met de integrine die bekend staat als "α3/α5β1" - heel goed werkte. Het leidde tot een hogere kwaliteit van herstel en regeneratie van bloedvaten. In aanvulling, ze ontdekten dat de α3/α5β1-bindingssteigers ook de vorm van het bloedvat leidden, een proces dat morfogene signalering wordt genoemd.

De andere integrine-bindende scaffold die ze testten, had nog steeds problemen met lekkende en klonterende bloedvaten.

"Naast alleen de structurele ondersteuning van nieuw weefsel en bloedvaten, de toevoeging van specifieke integrine bindende moleculen voor α3/α5β1, vertelt omringend weefsel om bloedvaten te laten groeien die sterk en goed gedefinieerd zijn in tegenstelling tot andere die we hebben getest, waar nieuwe bloedvaten gevoelig waren voor lekken en te dicht op elkaar klonteren, ' zei Segura.

De hoofdauteur van het onderzoek was Shuoran Li, een UCLA-doctoraat uit 2017 die werd geadviseerd door Segura. Medewerkers zijn ook Dr. Thomas Carmichael, een neuroloog en neurowetenschapper aan de David Geffen School of Medicine aan de UCLA en Thomas Barker, een professor in biomedische technologie aan de Universiteit van Virginia.

In dit recente werk de onderzoekers toonden aan dat integrinebinding de bloedvatstructuur in vitro kan dicteren met de α3/α5β1-bindende scaffold, wat resulteert in uitgebreide netwerken die aansluiten op bestaande bloedvatvertakkingen. Vervolgens gebruikten de onderzoekers dezelfde α3/α5β1-steigers bij muizen en zagen ze bloedvaten gevormd die na een beroerte minder lek waren.

De volgende stap, zeiden de onderzoekers, zou integrine-bindende moleculen gebruiken met andere hydrogeltechnologieën die veelbelovend zijn gebleken voor langdurig functioneel herstel na een beroerte, maar waarin nieuw gegroeide bloedvaten niet robuust waren.

"Momenteel is er geen therapie die hersenherstel en herstel na een beroerte bevordert, " zei Carmichael. "Alle therapieën bij een beroerte richten zich op de aanvankelijke blokkade in hersenbloedvaten die tot een beroerte leiden. Dit betekent dat een beroerte de meest voorkomende oorzaak is van invaliditeit bij volwassenen. Dit onderzoek is opwindend omdat het een haalbare manier laat zien om het dode en met littekens bedekte weefsel bij een beroerte te transformeren door nieuwe en goed gevormde bloedvaten in het gebied van een beroerte te laten groeien."

Segura en medewerkers hebben gewerkt aan biomaterialen voor weefselherstel, waaronder, een injecteerbare gel (anders dan dit huidige onderzoek) en meer recentelijk, werk dat aantoonde dat de gel ontstekingen kon verminderen en de migratie van neurale voorlopercellen naar de plaats van de beroerte kon bevorderen.