Hydrogels voor genezing, gesynthetiseerd uit de moleculen door de bio-ingenieurs van Rice University, zijn een paar stappen dichter bij de kliniek.

Rice-onderzoekers en medewerkers van het Texas Heart Institute (THI) hebben een basislijn van injecteerbare hydrogels opgesteld die beloven te helpen bij het genezen van wonden, medicijnen toedienen en kanker behandelen. Kritisch, ze hebben geanalyseerd hoe de chemisch verschillende hydrogels de ontstekingsreactie van het lichaam uitlokken - of niet.

Hydrogels die bij Rice zijn ontwikkeld, zijn ontworpen om injecteerbaar te zijn en een nabootsing van cellulaire steigers op een gewenste locatie te creëren. Ze dienen als tijdelijke aanduidingen terwijl het lichaam op natuurlijke wijze nieuwe bloedvaten en cellen in de steiger voedt, die na verloop van tijd degradeert om natuurlijk weefsel op zijn plaats te laten. Hydrogels kunnen ook chemische of biologische aanwijzingen bevatten die de structuur of affiniteit van de steiger met het omringende weefsel bepalen.

Het onderzoek onder leiding van scheikundige en bio-ingenieur Jeffrey Hartgerink en afstudeerstudent Tania Lopez-Silva van Rice en Darren Woodside, vice-president voor onderzoek en directeur van de flowcytometrie en beeldvormingskern bij THI, toont aan dat het mogelijk moet zijn om multidomein-peptide-hydrogels af te stemmen om een ​​geschikte ontstekingsreactie te produceren voor wat ze behandelen.

Het onderzoek verschijnt in Biomaterialen .

"We werken al een aantal jaren aan op peptiden gebaseerde hydrogels en hebben ongeveer 100 verschillende soorten geproduceerd, "Zei Hartgerink. "In deze krant, we wilden een beetje een back-up maken en enkele van de fundamentele manieren begrijpen waarop ze biologische omgevingen wijzigen."

De onderzoekers wilden specifiek weten hoe synthetische hydrogels de ontstekingsreactie van de omgeving beïnvloeden. De tweejarige studie bood de eerste mogelijkheid om een ​​verscheidenheid aan biocompatibele hydrogels te testen op de niveaus van ontstekingsreactie die ze veroorzaken.

"Gebruikelijk, we beschouwen ontstekingen als slecht, Hartgerink zei. "Dat komt omdat ontstekingen soms gepaard gaan met pijn, en niemand houdt van pijn. Maar de ontstekingsreactie is ook uiterst belangrijk voor wondgenezing en het opruimen van infecties.

"We willen geen nulontsteking; we willen een passende ontsteking, "zei hij. "Als we wonden willen helen, ontsteking is goed omdat het het proces van de wederopbouw van het vaatstelsel in gang zet. Het rekruteert allerlei soorten cellen die regeneratief zijn voor die site."

De laboratoria testten vier basale hydrogeltypen - twee met positieve lading en twee met negatieve - om te zien wat voor soort ontsteking ze zouden veroorzaken. Ze ontdekten dat positief geladen hydrogels een veel sterkere ontstekingsreactie veroorzaakten dan negatief geladen hydrogels.

"Onder de positieve materialen, afhankelijk van de chemie die die lading genereert, we kunnen ofwel een sterke of een matige ontstekingsreactie genereren, "Zei Hartgerink. "Als je voor wondgenezing gaat, je echt een gematigde reactie wilt, en dat zagen we in een van de vier materialen.

"Maar als je voor een kankerbehandeling wilt gaan, de hogere ontstekingsreactie kan effectiever zijn, "zei hij. "Voor zoiets als het toedienen van medicijnen, waar ontsteking niet helpt, een van de negatief geladen materialen is misschien beter.

"In principe, we leggen de basis om te begrijpen hoe we materialen kunnen ontwikkelen rond de ontstekingsreacties die deze materialen veroorzaken. Dat geeft ons de meeste kans op succes."

Het THI-team hielp bij het analyseren van de cellulaire respons op de hydrogels door middel van multidimensionale flowcytometrie.

"De resultaten van dit werk leggen de basis voor het specifiek afstemmen van de levering van een therapeutisch middel door een leveringsvehikel dat functioneel relevant en voorspelbaar is, Woodside zei. "Behalve het afleveren van drugs, deze hydrogels zijn ook compatibel met verschillende celtypen.

"Een van de problemen met stamceltherapieën op dit moment is dat adoptief overgedragen cellen niet noodzakelijkerwijs in grote aantallen op de injectieplaats blijven, "zei hij. "Het mengen van deze relatief inerte, negatief geladen hydrogels met stamcellen vóór injectie kunnen deze beperking overwinnen."

Hartgerink zei dat het werk fundamenteel is, in plaats van gericht op een specifieke toepassing, maar is belangrijk voor het langetermijndoel om synthetische hydrogels naar de kliniek te brengen. "We hebben gespeculeerd over veel van de dingen waarvan we denken dat ze goed en waar zijn over dit materiaal, en we hebben nu een beter mechanisch begrip van waarom ze zijn, in feite, waar, ', aldus Hartgerink.