Material används ofta för att hjälpa till att läka sår:Kollagensvampar hjälper till att behandla brännskador och trycksår, och ställningsliknande implantat används för att reparera ben. Dock, processen för vävnadsreparation förändras över tiden, så forskare utvecklar biomaterial som interagerar med vävnader när läkning äger rum.

Nu, Dr Ben Almquist och hans team vid Imperial College London har skapat en ny molekyl som kan förändra hur traditionella material fungerar med kroppen. Känd som dragkraftsaktiverade nyttolaster (TrAPs), deras metod låter material prata med kroppens naturliga reparationssystem för att driva läkning.

Forskarna säger att inkorporering av TrAPs i befintliga medicinska material kan revolutionera hur skador behandlas. Dr Almquist, från Imperials Department of Bioengineering, sa:"Vår teknik kan hjälpa till att lansera en ny generation av material som aktivt arbetar med vävnader för att driva läkning."

Resultaten publiceras idag i Avancerade material .

Mobiluppmaning

Efter en skada, celler "kryper" genom kollagen "ställningar" som finns i sår, som spindlar som navigerar på webben. När de rör sig, de drar i ställningen, som aktiverar dolda helande proteiner som börjar reparera skadad vävnad.

Forskarna designade TrAPs som ett sätt att återskapa denna naturliga läkningsmetod. De vek DNA-segmenten till tredimensionella former som kallas aptamerer som klamrar sig fast vid proteiner. Sedan, de fäste ett anpassningsbart "handtag" som celler kan greppa i ena änden, innan du fäster den motsatta änden på en ställning som kollagen.

Under laboratorietester av deras teknik, de fann att celler drog på TrAPs när de kröp genom kollagenställningarna. Dragningen fick TrAPs att rivas upp som skosnören för att avslöja och aktivera de helande proteinerna. Dessa proteiner instruerar de helande cellerna att växa och föröka sig.

Forskarna fann också att genom att ändra det cellulära "handtaget", de kan ändra vilken typ av cell som kan gripa tag och dra, låta dem skräddarsy TrAPs för att frigöra specifika terapeutiska proteiner baserat på vilka celler som är närvarande vid en given tidpunkt. Genom att göra så, TrAPs producerar material som smart kan interagera med rätt typ av cell vid rätt tidpunkt under sårreparation.

Detta är första gången forskare har aktiverat helande proteiner med hjälp av olika typer av celler i konstgjorda material. Tekniken efterliknar läkningsmetoder som finns i naturen. Dr Almquist sa:"Att använda cellrörelser för att aktivera läkning finns i varelser som sträcker sig från havssvampar till människor. Vårt tillvägagångssätt härmar dem och arbetar aktivt med de olika sorterna av celler som kommer in i vår skadade vävnad över tiden för att främja läkning."

Från labb till människor

Detta tillvägagångssätt kan anpassas till olika celltyper, så kan användas vid en mängd olika skador som frakturerade ben, ärrvävnad efter hjärtinfarkt, och skadade nerver. Nya tekniker behövs också desperat för patienter vars sår inte kommer att läka trots nuvarande ingrepp, som diabetiska fotsår, som är den främsta orsaken till icke-traumatiska underbensamputationer.

TrAP:er är relativt enkla att skapa och är helt konstgjorda, vilket innebär att de lätt kan återskapas i olika labb och kan skalas upp till industriella kvantiteter. Deras anpassningsförmåga innebär också att de kan hjälpa forskare att skapa nya metoder för laboratoriestudier av sjukdomar, stamceller, och vävnadsutveckling.

Aptamerer används för närvarande som droger, vilket innebär att de redan är bevisade säkra och optimerade för klinisk användning. Eftersom TrAPs drar fördel av aptamerer som för närvarande är optimerade för användning på människor, de kanske kan ta en kortare väg till kliniken än metoder som börjar från ground zero.

Dr Almquist sa:"TrAP-tekniken ger en flexibel metod för att skapa material som aktivt kommunicerar med såret och ger viktiga instruktioner när och var de behövs. Denna typ av intelligenta, dynamisk läkning är användbar under varje fas av läkningsprocessen, har potential att öka kroppens chans att återhämta sig, och har långtgående användningsområden på många olika typer av sår. Denna teknik har potential att fungera som en ledare för sårreparation, orkestrerar olika celler över tid för att arbeta tillsammans för att läka skadade vävnader."