Geldruppels ter grootte van een micrometer kunnen de extracellulaire architectuur bieden die cellen nodig hebben om te groeien en te prolifereren. De celdragende gels, gemaakt van zelfassemblerende ultrakorte peptiden die ondersteunende nanovezelnetwerken vormen, kan worden geïnjecteerd in ischemisch weefsel dat moet worden hersteld met nieuwe bloedvaten.

"Onze microgels zijn uniek omdat ze gemaakt zijn van slechts vier aminozuren, wat het kortste zelfassemblerende peptide is dat tot nu toe is gebruikt om microgels te fabriceren, " zegt KAUST-bio-ingenieur Charlotte Hauser, die de studie leidde. "Deze ultrakorte structuur vermindert de kosten en tijd voor peptidesynthese."

Wetenschappers hebben geëxperimenteerd met verschillende benaderingen voor het maken van mensachtige weefsels die kunnen worden gebruikt voor regeneratieve therapieën. Zelfassemblerende ultrakorte peptiden hebben een voordeel ten opzichte van andere materialen omdat ze samen kunnen komen om een ​​architectuur te vormen die vergelijkbaar is met die welke cellen in levend weefsel ondersteunt. Ze kunnen ook worden gemaakt van chemisch gesynthetiseerde peptiden die geen immuunafstoting door het lichaam veroorzaken en die gemakkelijk kunnen worden aangepast en opgeschaald voor massaproductie.

Hauser en haar team hadden de fabricage van microgels onderzocht met behulp van zelfassemblerende ultrakorte peptiden gemaakt van drie en zes aminozuren. Maar ze worstelden om het geleerproces te optimaliseren dat de peptidenetwerken stimuleert om zich te vormen tot druppeltjes met de juiste vorm en grootte.

Dus experimenteerden ze met peptiden gemaakt van vier aminozuren. Toen werd het meest veelbelovende peptide gemaakt door de aminozuren isoleucine, valine, fenylalanine en lysine, gevolgd door het toevoegen van een acetylgroep aan het ene uiteinde en een amidegroep aan het andere. Veel van deze peptiden worden in een waterige oplossing gedaan waar ze op een specifieke manier aan elkaar worden gekoppeld en uiteindelijk een vezelig netwerk vormen.

De vezelbevattende oplossing wordt door een microfluïdisch apparaat geleid dat olie bevat, zout en wasmiddel. Terwijl de oplossing door het apparaat beweegt, het wordt een gel en wordt in druppeltjes gebroken.

De druppels zijn stijf, elastisch en sterk, en behouden hun vorm en grootte, zelfs bij blootstelling aan sterilisatie, ultraviolette straling of agitatie.

Het team kweekte met succes endotheelcellen van bloedvaten op de druppeloppervlakken. Deze celgeladen microgels werden geïnjecteerd in een bulkhydrogel gemaakt van dezelfde ultrakorte peptiden die ook fibroblasten bevatten, een type cel dat betrokken is bij wondgenezing. Volgende, de reeds prolifererende endotheelcellen strekten zich radiaal uit van de microgels en vertakten zich in tubulaire bloedvaten.

"We plannen verdere tests op onze microgels om geavanceerde therapeutische oplossingen te ontwikkelen voor langdurige wonden en diabetische ulcera, " zegt KAUST promovendus Gustavo Ramirez-Calderon.

Dit zal veel onderzoek vergen. Het team zal stoffen testen op nieuwe microgeleigenschappen en manieren zoeken om biologische signalen aan de microgels toe te voegen die de vorming van bloedvaten kunnen veroorzaken, zenuwvezels of botweefsel. Ze onderzoeken manieren om de microgels nog zachter te maken, zodat ze cellen aan de binnenkant kunnen herbergen. Eindelijk, ze willen hun microgels testen voor de behandeling van ischemie bij muizen.