Baby luiers, contactlenzen en gelatinedessert. Hoewel schijnbaar niets met elkaar te maken, deze items hebben één ding gemeen:ze zijn gemaakt van sterk absorberende stoffen die hydrogels worden genoemd en die veelzijdige toepassingen hebben. Onlangs, een soort biologisch afbreekbare hydrogel, nagesynchroniseerde microporeuze gegloeide deeltjes (MAP) hydrogel, heeft veel aandacht gekregen vanwege zijn potentieel om stamcellen te leveren voor herstel van lichaamsweefsel. Maar het is momenteel onduidelijk hoe deze gelei-achtige materialen de groei van hun kostbare cellulaire lading beïnvloeden, waardoor het gebruik ervan in de regeneratieve geneeskunde wordt beperkt.

In een nieuwe studie gepubliceerd in het novembernummer van Acta Biomaterialia , onderzoekers van de Texas A&M University hebben aangetoond dat MAP-hydrogels, geprogrammeerd om in een optimaal tempo biologisch af te breken, een vruchtbare omgeving creëren voor botstamcellen om te gedijen en krachtig te prolifereren. Ze ontdekten dat de ruimte gecreëerd door het verwelken van MAP-hydrogels ruimte creëert voor de stamcellen om te groeien, verspreiden en ingewikkelde mobiele netwerken vormen.

"Ons onderzoek toont nu aan dat stamcellen gedijen op afbrekende MAP-hydrogels; ze hermodelleren ook hun lokale omgeving om beter aan hun behoeften te voldoen, " zei Dr. Daniel Alge, universitair docent bij de afdeling Biomedische Technologie. "Deze resultaten hebben belangrijke implicaties voor het ontwikkelen van op MAP-hydrogel gebaseerde toedieningssystemen, vooral voor regeneratieve geneeskunde, waar we cellen willen afleveren die beschadigde weefsels zullen vervangen door nieuwe en gezonde."

MAP-hydrogels zijn een nieuwer soort injecteerbare hydrogels. Deze zachte materialen zijn onderling verbonden kettingen van extreem kleine kralen gemaakt van polyethyleenglycol, een synthetisch polymeer. Hoewel de microbeads zich niet aan cellen kunnen hechten, ze kunnen worden gemanipuleerd om celbindende eiwitten te presenteren die zich vervolgens kunnen hechten aan receptormoleculen op het oppervlak van de stamcellen.

Eenmaal vastgemaakt op de microbeads, de stamcellen gebruiken de ruimte tussen de bolletjes om te groeien en te transformeren in gespecialiseerde cellen, zoals bot- of huidcellen. En dus, wanneer er een blessure is, MAP-hydrogels kunnen worden gebruikt om deze nieuwe cellen af ​​te leveren om weefsels te helpen regenereren.

Echter, de gezondheid en het gedrag van stamcellen in de MAP-hydrogelomgeving is nooit volledig bestudeerd.

"MAP-hydrogels hebben superieure mechanische en biocompatibele eigenschappen, dus in principe ze zijn een geweldig platform om stamcellen te kweken en te onderhouden, " zei Alge. "Maar mensen in het veld hebben echt geen goed begrip van hoe stamcellen zich in deze materialen gedragen."

Om deze vraag te beantwoorden, de onderzoekers bestudeerden de groei, verspreiding en functie van botstamcellen in MAP-hydrogels. Alge en zijn team gebruikten drie monsters van MAP-hydrogels die alleen verschilden in de snelheid waarmee ze degradeerden, dat is, ofwel langzaam, snel of helemaal niet.

Eerst, zodat de stamcellen zich hechten aan de MAP-hydrogels, de onderzoekers versierden de MAP-hydrogels met een soort celbindend eiwit. Vervolgens volgden ze de stamcellen terwijl ze groeiden met behulp van een hoge resolutie, fluorescerende microscoop. De onderzoekers herhaalden hetzelfde experiment met een ander celbindend eiwit om te onderzoeken of celbindende eiwitten ook de ontwikkeling van stamcellen in de hydrogels beïnvloedden.

Tot hun verbazing, Het team van Alge ontdekte dat voor beide soorten celbindende eiwitten, de MAP-hydrogels die het snelst werden afgebroken, hadden de grootste populatie stamcellen. Verder, de cellen veranderden de vorm van de MAP-hydrogel terwijl ze zich verspreidden en meer territorium claimden.

"In de intacte MAP-hydrogel, we konden de bolvormige microbeads nog zien en het materiaal was vrij onbeschadigd, "zei Alge. "Daarentegen, de cellen maakten richels en groeven in de afbrekende MAP-hydrogels, dynamisch hermodelleren van hun omgeving."

De onderzoekers ontdekten ook dat naarmate de stamcellen groeiden, de hoeveelheid boteiwitten die door de groeiende stamcellen worden geproduceerd, was afhankelijk van welk celbindend eiwit in eerste instantie in de MAP-hydrogel werd gebruikt.

Alge merkte op dat het inzicht dat door hun studie is verkregen, van grote betekenis zal zijn voor verder onderzoek en ontwikkeling in MAP-hydrogels voor stamceltherapieën.

"Hoewel de afbreekbaarheid van MAP-hydrogel een grote invloed heeft op de groei van de stamcellen, vonden we dat het samenspel tussen de celbindende eiwitten en de afbraak ook belangrijk is, "zei hij. "Als wij, als een veld, vooruitgang boeken in de richting van de ontwikkeling van nieuwe MAP-hydrogels voor weefselmanipulatie, we moeten kijken naar de effecten van zowel afbreekbaarheid als celbindende eiwitten om deze materialen het beste te gebruiken voor regeneratieve geneeskunde."