Het veilig en nauwkeurig afleveren van medicijnen is van groot belang voor onderzoekers en, natuurlijk, voor mensen die ze nodig hebben. Dat geldt ook voor het herstellen van de functie van beschadigde lichaamsdelen. Jin K. Montclare, een universitair hoofddocent chemische en biomoleculaire engineering aan de NYU Tandon School of Engineering, heeft een grote stap gezet om beide doelen te bereiken.

Haar laboratorium heeft onlangs een eiwitpolymeer ontwikkeld - met name een door eiwit ontwikkeld triblokcopolymeer - dat zichzelf kan assembleren tot hydrogels, absorberende netwerken van natuurlijke of synthetische polymeerketens. Zoals beschreven in een artikel gepubliceerd in Biomacromoleculen , deze materialen kunnen vervolgens worden gebruikt om medicijnen naar een gericht lichaamsdeel te krijgen, zoals een knie; en in regeneratieve geneeskunde en tissue engineering, die cellen gebruikt, Engineering, en biochemicaliën om menselijke cellen te verbeteren of te vervangen, weefsels, of organen.

Het meest opvallende deel van haar werk, ze zegt, "probeert hydrogels te vormen. Het is geen triviale prestatie." Wetenschappers slaagden er eerder in om hydrogels te maken van synthetische polymeren; in tegenstelling tot, die ontwikkeld in het Montclare Lab for Protein Engineering and Design zijn afgeleid van de natuur en biologisch afbreekbaar. Gemanipuleerde eiwithydrogels hebben veel potentiële voordelen:het zijn uitstekende biomaterialen omdat ze flexibel zijn in vorm en grootte, en in het geval van de hydrogels van Montclare, ze kunnen binden aan een klein molecuul of medicijn, waardoor het wordt beschermd tegen degradatie.

Na het maken van de eiwitten, Montclare voegde curcumine toe, een natuurlijk voorkomende chemische verbinding die voorkomt in kurkuma, die zwelling kan verminderen en pijn en ontsteking kan helpen verlichten, evenals dienen om kanker te bestrijden. De ingrediënten werden vervolgens zelf geassembleerd tot een gel die de curcumine inkapselde.

"Onze zijn de eerste eiwithydrogels met een ontworpen mechanische integriteit om medicijnen specifiek in te kapselen - waardoor ze dichter bij gebruik in biomedische toepassingen komen, " zegt Montclare. Omdat het zachte gels zijn, ze zijn potentieel injecteerbaar en kunnen worden toegediend met therapeutische middelen of cellen die een operatie kunnen vervangen en pijn kunnen verlichten. "Dit kan een revolutie teweegbrengen in de behandeling, " voegt ze eraan toe. "Dat is jaren later, maar dat is waar mijn geest naar op weg is." Hydrogels kunnen vooral nuttig zijn bij het herstellen van beschadigd kraakbeen, een pijnlijk effect van artrose, die ongeveer 30 miljoen Amerikanen treft, een aantal dat naar verwachting meer dan verdubbeld zal zijn tegen het jaar 2040.

Een ander potentieel gebruik voor eiwithydrogels is in gentherapie, waar normale genen ontbrekende of defecte vervangen als een manier om genetische aandoeningen te corrigeren. De hydrogels kunnen mogelijk genen en nucleïnezuren vangen en deze gebruiken om genetische problemen te behandelen. Dat zal meer onderzoek vergen, Montclare merkt op, omdat het materiaal waar ze momenteel mee werken neutraal is en positief geladen zou moeten zijn om te interageren met het negatief geladen nucleïnezuur om de gentherapie te laten werken.

De volgende stappen van haar lab omvatten het kweken van specifieke soorten cellen om te zien of ze kunnen worden gebruikt voor steigers om bepaald weefsel te laten groeien. Het doel is om gels te kunnen laten groeien die qua stevigheid of mechanische integriteit compatibel zijn met het lichaamsdeel waarop ze zijn gericht, zoals kraakbeen.