Att leverera mediciner säkert och korrekt är av stort intresse för forskare och, självklart, till människor som behöver dem. Så är att återställa funktion till skadade kroppsdelar. Jin K. Montclare, en docent i kemisk och biomolekylär teknik vid NYU Tandon School of Engineering, har tagit ett stort steg mot att nå båda dessa mål.

Hennes labb utvecklade nyligen en proteinpolymer - specifikt en proteinkonstruerad triblocksampolymer - som kan självmontera till hydrogeler, absorberande nätverk av naturliga eller syntetiska polymerkedjor. Som beskrivs i en artikel publicerad i Biomakromolekyler , dessa material kan sedan användas för att få droger till en riktad kroppsdel, såsom ett knä; och inom regenerativ medicin och vävnadsteknik, som använder celler, teknik, och biokemikalier för att förbättra eller ersätta mänskliga celler, vävnader, eller organ.

Den mest anmärkningsvärda delen av hennes arbete, hon säger, "försöker bilda hydrogeler. Det är inte en trivial bedrift." Forskare har tidigare lyckats göra hydrogeler av syntetiska polymerer; i kontrast, de konstruerade i Montclare Lab for Protein Engineering and Design kommer från naturen och är biologiskt nedbrytbara. Konstruerade proteinhydrogeler har många potentiella fördelar:de är utmärkta biomaterial eftersom de är flexibla i form och storlek, och i fallet med Montclares hydrogeler, de kan binda till en liten molekyl eller läkemedel, på så sätt skyddar den från nedbrytning.

Efter att ha tillverkat proteinerna, Montclare tillsatte curcumin, en naturligt förekommande kemisk förening som finns i gurkmeja, som kan minska svullnad och hjälpa till att lindra smärta och inflammation, samt tjäna till att bekämpa cancer. Ingredienserna sammansattes sedan själv till en gel som kapslade in curcumin.

"Våra är de första proteinhydrogelerna med designad mekanisk integritet för att specifikt kunna kapsla in läkemedel - för att få dem närmare användning i biomedicinska tillämpningar, " säger Montclare. Eftersom de är mjuka geler, de är potentiellt injicerbara och kan infunderas med terapeutiska medel eller celler som kan ersätta kirurgi och lindra smärta. "Detta kan revolutionera behandlingen, " tillägger hon. "Det är flera år framåt, men det är dit mitt sinne är på väg." Hydrogeler kan vara särskilt användbara för att reparera skadat brosk, en smärtsam effekt av artros, som påverkar cirka 30 miljoner amerikaner, ett antal som förväntas mer än fördubblas till år 2040.

En annan potentiell användning för proteinhydrogeler är genterapi, där normala gener ersätter saknade eller defekta som ett sätt att korrigera genetiska störningar. Hydrogelerna kan möjligen fånga gener och nukleinsyror och använda dessa för att behandla genetiska problem. Det kommer att kräva mer forskning, Montclare noterar, eftersom materialet de för närvarande arbetar med är neutralt och skulle behöva vara positivt laddat för att interagera med den negativt laddade nukleinsyran för att genterapin ska fungera.

Hennes labbs nästa steg inkluderar odling av specifika typer av celler för att se om de kan användas för byggnadsställningar för att odla speciell vävnad. Målet är att kunna odla geler för att vara kompatibla i fasthet eller mekanisk integritet med den kroppsdel ​​de är riktade mot, såsom brosk.