Universitair docent Alireza Dolatshahi-Pirouz en collega's hebben een hydrogel ontwikkeld die synthetische materialen combineert met levende cellen, en kan stamcellen in bot veranderen zonder externe groei- of differentiatiefactoren toe te voegen.

Meer dan 50 procent van de vrouwen en 20 procent van de mannen ouder dan 50 jaar krijgt tijdens hun leven te maken met een botbreuk. Een manier om deze breuken te voorkomen, vooral in de meest gevoelige delen van het skelet, is de levering van stamcellen door middel van een injecteerbare drager, die de cellen op weg naar het lichaam beschermt. Met behulp van een systematische combinatorische aanpak, het onderzoeksteam heeft 63 verschillende nanoengineered hydrogels getest, en introduceerde een optimaal biomateriaal dat niet alleen de cellen beschermt, maar vergemakkelijken ook de spontane differentiatie van de stamcellen tot botcellen. Meestal externe groeifactoren en differentiatiefactoren, die zowel giftig voor het lichaam als ook vrij duur kan zijn, zijn nodig om stamcellen om te zetten in het gewenste type cellen.

Hulp aan osteoporosepatiënten

Osteoporose zorgt ervoor dat de botten broos en breekbaar worden door verlies van dichtheid. Patiënten met dit type ziekte kunnen in de toekomst baat hebben bij de nanoversterkte hydrogel. Alireza Dolatshahi-Pirouz legt uit:"Boten is een dynamisch weefsel dat voortdurend wordt opgebouwd, afgebroken en opnieuw opgebouwd in een proces dat remodelleren wordt genoemd. Dit proces wordt gecontroleerd door vele op elkaar inwerkende factoren, en als dit evenwicht eenmaal verstoord is, het probleem doet zich voor. Als we ouder worden, wordt zo'n onbalans vaak veroorzaakt door hormonale veranderingen, en wordt versterkt doordat onze cellen minder effectief worden en minder in aantal. Het idee achter dit nieuwe systeem is om een ​​semi-synthetische steiger in het lichaam te brengen die stamcellen aantrekt en voorziet in de vereisten om ze in botcellen te veranderen, en daarbij, breng de balans terug naar de botremodelleringscyclus."

63 combinaties werden getest

Om de hydrogel te vormen, het team heeft verknoopt hyaluronzuur, dat is een koolhydraat dat in de meeste menselijke weefsels wordt aangetroffen en dat veel wordt gebruikt bij weefselmanipulatie. Deze hydrogel heeft op zichzelf enkele nadelen, het is broos, heeft slechte dragende eigenschappen, en kan niet veel externe kracht of schokken weerstaan.

Om een ​​sterker en duurzamer materiaal te creëren, hyaluronzuur werd gecombineerd met een alginaatnetwerk en verder versterkt met nanomaterialen van klei. Een dergelijke combinatie leidt tot een veel hardere hydrogel met de juiste stijfheid, die nog steeds poreus genoeg is om het transport van voedingsstoffen door de hydrogel te behouden.

De meest veelbelovende combinaties werden getest op hun vermogen om nieuwe botcellen te vormen, en in vitro-onderzoeken toonden aan dat de hydrogels in staat waren gemineraliseerd bot te vormen in een omgeving zonder differentiatiefactoren. De resultaten onthulden dat wanneer deze met cellen beladen hydrogels werden afgezet in een in vitro model botdefect, er trad nieuwe botvorming op die stevig aan het botdefect hechtte. "We zijn van mening dat de specifieke nanokleimaterialen die we gebruiken de vereiste minerale samenstelling bieden, en aanleiding geven tot de transformatie van stamcellen tot botweefsel, ' zegt Alireza Dolatshahi-Pirouz.

De volgende stap

Er lopen klinische proeven met medewerkers in Spanje, waar celvrije hydrogels in het lichaam worden geïmplanteerd. Het idee is dat de hydrogels stamcellen in het lichaam zullen aantrekken, en dienen als kleine fabrieken die verjongde en efficiëntere stamcellen produceren. "Het zou ook heel cool kunnen zijn om elektronica in de hydrogel op te nemen om te controleren wat er in het lichaam gebeurt, bijvoorbeeld in het botdefect, en als de zaken niet volgens plan verlopen, we zouden de hydrogel via de elektronische interface kunnen stimuleren om meer stamcellen aan te trekken of de cellen efficiënter te stimuleren. Als zodanig, we zouden een feedbacklus creëren om de voortgang te bewaken en het systeem te stimuleren, afhankelijk van de feedback, "Assistent-professor Alireza Dolatshahi-Pirouz toegevoegd.

De resultaten zijn gepubliceerd in ACS toegepaste materialen en interfaces in een paper getiteld "Combinatorische screening van met nanoklei versterkte hydrogels:een glimp van de "heilige graal" in orthopedische stamceltherapie?"