Wetenschap
Uitgelijnde peptidennoedels kunnen in het laboratorium gekweekte biologische weefsels mogelijk maken
Een team van scheikundigen en bio-ingenieurs van Rice University en de Universiteit van Houston hebben een belangrijke mijlpaal bereikt in hun werk om een biomateriaal te creëren dat kan worden gebruikt om biologische weefsels buiten het menselijk lichaam te laten groeien.
De ontwikkeling van een nieuw fabricageproces om op elkaar afgestemde nanovezelhydrogels te creëren zou nieuwe mogelijkheden kunnen bieden voor weefselregeneratie na letsel en een manier kunnen bieden om therapeutische kandidaat-geneesmiddelen te testen zonder het gebruik van dieren.
Het onderzoeksteam, onder leiding van Jeffrey Hartgerink, hoogleraar scheikunde en bio-engineering, heeft op peptiden gebaseerde hydrogels ontwikkeld die de uitgelijnde structuur van spier- en zenuwweefsel nabootsen. Uitlijning is van cruciaal belang voor de functionaliteit van de weefsels, maar het is een uitdaging om deze eigenschap in het laboratorium te reproduceren, omdat dit het op één lijn brengen van individuele cellen met zich meebrengt.
Al meer dan tien jaar ontwerpt het team multidomeinpeptiden (MDP's) die zichzelf assembleren tot nanovezels. Deze lijken op de vezelachtige eiwitten die van nature in het lichaam voorkomen, net als een spinnenweb op nanoschaal.
In hun nieuwste onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift ACS Nano , ontdekten de onderzoekers een nieuwe methode om op elkaar afgestemde MDP-nanovezel-‘noedels’ te maken.
Door de peptiden eerst in water op te lossen en ze vervolgens in een zoute oplossing te extruderen, waren ze in staat om uitgelijnde peptidenanovezels te creëren, zoals gedraaide touwstrengen die kleiner zijn dan een cel. Door de concentratie van ionen, of zout, in de oplossing te verhogen en het proces te herhalen, bereikten ze een nog betere uitlijning van de nanovezels.
"Onze bevindingen tonen aan dat onze methode uitgelijnde peptidenanovezels kan produceren die de celgroei effectief in de gewenste richting sturen", legt hoofdauteur Adam Farsheed uit, die onlangs zijn Ph.D. in bio-engineering van Rice.
"Dit is een cruciale stap in de richting van het creëren van functionele biologische weefsels voor toepassingen in de regeneratieve geneeskunde."
Een van de belangrijkste bevindingen van het onderzoek was een onverwachte ontdekking:wanneer de uitlijning van de peptidenanovezels te sterk was, waren de cellen niet langer uitgelijnd. Uit verder onderzoek bleek dat de cellen aan de peptidenanovezels moesten kunnen "trekken" om de uitlijning te herkennen. Toen de nanovezels te stijf waren, konden de cellen deze kracht niet uitoefenen en konden ze zichzelf niet in de gewenste configuratie ordenen.
"Dit inzicht in celgedrag zou bredere implicaties kunnen hebben voor weefselmanipulatie en het ontwerpen van biomaterialen", aldus Hartgerink.
"Inzicht in hoe cellen op nanoschaal met deze materialen omgaan, zou kunnen leiden tot effectievere strategieën voor het bouwen van weefsels."
Andere co-auteurs van Rice zijn onder meer de Ph.D. afgestudeerden Tracy Yu en Carson Cole, afgestudeerde student Joseph Swain, en niet-gegradueerde onderzoeker Adam Thomas. Bio-engineering-onderzoeker Jonathan Makhoul, afgestudeerde student Eric Garcia Huitron en professor K. Jane Grande-Allen waren ook co-auteurs van het onderzoek. Het team van onderzoekers van de Universiteit van Houston bestaat uit Ph.D. student Christian Zevallos-Delgado, onderzoeksassistent Sajede Saeidifard, onderzoeksassistent professor Manmohan Singh en technisch professor Kirill Larin.