En forskargrupp ledd av UCLA biomolekylära ingenjörer och läkare har visat ett terapeutiskt material som en dag kan främja bättre vävnadsregenerering efter ett sår eller en stroke.

Under kroppens typiska läkningsprocess, när vävnader som hud skadas växer kroppen ersättningsceller. Integriner är en klass av proteiner som är viktiga i de cellulära processerna som är avgörande för att skapa ny vävnad. En av processerna är cellvidhäftning, när nya celler "klibbar" till materialen mellan celler, kallas extracellulär matris. En annan är cellmigrering, var vid cellens yta, integriner hjälper till att "dra" cellen genom den extracellulära matrisen för att flytta celler på plats. Dock, dessa processer sker inte i hjärnvävnad som har skadats under en stroke. Det är därför forskare försöker utveckla terapeutiskt material som kan främja denna form av helande.

Det injicerbara gelliknande materialet, som kallas en hydrogel, som UCLA-forskarna utvecklade hjälper denna reparationsprocess genom att bilda en ställning inuti såret som fungerar som en konstgjord extracellulär matris, och den nya vävnaden växer runt det.

Att använda en injicerbar gel är inte nytt, men tidigare gelställningar resulterade i svaga blodkärl i den nybildade vävnaden. De nya rönen, publiceras i Naturmaterial , visa att när ställningen innehåller en specifik integrinbindande molekyl, de nya blodkärlen som bildas är starkare.

"Den injicerbara gelställningen är ungefär som en trädgårdsspaljé som växter använder för att växa på, sa Tatiana Segura, professor i kemi- och biomolekylär teknik, bioteknik och dermatologi, som ledde forskningen. "I och för sig är det bra eftersom inkommande ny vävnad har något som stödjer dess tillväxt. Detta nya material liknar en spaljé med mycket specifik gödsel för att hjälpa växten att växa sig frisk och stark."

Även genom att kombinera geler med ett protein som främjar blodkärlsbildning, såsom vaskulär endoteltillväxtfaktor, känd som VEGF, blodkärlen i den nya vävnaden inuti ställningen tenderar att vara läckande och tenderar också att klumpa sig för nära varandra.

För att övervinna detta, forskarna tittade djupare på hur integrinbindande molekyler interagerade med gelén och hur dessa molekyler påverkade tillväxten av blodkärlen.

De testade två typer av byggnadsställningar med olika integrinbindande molekyler. Båda ställningarna innehöll också VEGF-proteinet. De fann att en av byggnadsställningarna - som band med integrinet som kallas "α3/α5β1" - fungerade riktigt bra. Det riktade en högre kvalitet på reparation och regenerering av blodkärl. Dessutom, de fann att α3/α5β1-bindningsställningarna också styrde formen på blodkärlet, en process som kallas morfogen signalering.

Den andra integrinbindande ställningen de testade hade fortfarande problem med läckande och klumpar blodkärl.

"Utöver bara det strukturella stödet för ny vävnad och blodkärl, tillägg av specifika integrinbindande molekyler för α3/α5β1, säger åt omgivande vävnad att växa blodkärl som är starka och väldefinierade i motsats till andra vi testade, där nya blodkärl var benägna att läcka och klumpa sig för nära varandra, sa Segura.

Huvudförfattaren på forskningen var Shuoran Li, en doktorand vid UCLA 2017 som fick råd av Segura. Samarbetspartners inkluderar även Dr Thomas Carmichael, en neurolog och neuroforskare vid David Geffen School of Medicine vid UCLA och Thomas Barker, en professor i biomedicinsk teknik vid University of Virginia.

I detta senaste arbete, forskarna visade att integrinbindning kan diktera blodkärlsstrukturen in vitro med den α3/α5β1-bindande ställningen, vilket resulterar i omfattande nätverk som länkar ihop med befintliga blodkärlsgrenar. Sedan använde forskarna samma α3/α5β1-ställningar i möss och såg blodkärl bildas som var mindre läckande efter stroke.

Nästa steg, forskarna sa, skulle använda integrinbindande molekyler med andra hydrogelteknologier som har visat lovande för långsiktig funktionell återhämtning efter stroke, men i vilka nyväxta blodkärl inte var robusta.

"För närvarande finns det ingen terapi som främjar hjärnans reparation och återhämtning efter stroke, ", sade Carmichael. "Alla terapier vid stroke fokuserar på den initiala blockeringen i hjärnans blodkärl som leder till stroke. Det betyder att stroke är den vanligaste orsaken till funktionshinder hos vuxna. Den här forskningen är spännande eftersom den visar ett gångbart sätt att omvandla den döda och ärrade vävnaden vid stroke genom att växa nya och välformade blodkärl till strokeområdet."

Segura och medarbetare har arbetat med biomaterial för vävnadsreparation inklusive, en injicerbar gel (till skillnad från den här aktuella forskningen) och på senare tid, arbete som visade att gelen kunde minska inflammation och främja migrationen av neurala stamceller till strokeplatsen.