Bebis blöjor, kontaktlinser och gelatindessert. Även om det verkar orelaterade, Dessa föremål har en sak gemensamt – de är gjorda av mycket absorberande ämnen som kallas hydrogeler som har mångsidiga tillämpningar. Nyligen, en typ av biologiskt nedbrytbar hydrogel, dubbad mikroporös glödgad partikel (MAP) hydrogel, har fått stor uppmärksamhet för sin potential att leverera stamceller för reparation av kroppsvävnad. Men det är för närvarande oklart hur dessa geléliknande material påverkar tillväxten av deras dyrbara cellulära last, därigenom begränsa dess användning inom regenerativ medicin.

I en ny studie publicerad i novembernumret av Acta Biomaterialia , forskare vid Texas A&M University har visat att MAP-hydrogeler, programmerad att biologiskt nedbrytas i optimal takt, skapa en fertil miljö för benstamceller att frodas och föröka sig kraftigt. De fann att utrymmet som skapats av MAP-hydrogelernas vissnande skapar utrymme för stamcellerna att växa, sprids och bildar invecklade cellulära nätverk.

"Vår forskning visar nu att stamceller frodas på nedbrytande MAP-hydrogeler; de gör också om sin lokala miljö för att bättre passa deras behov, sa Dr Daniel Alge, biträdande professor vid institutionen för medicinsk teknik. "Dessa resultat har viktiga implikationer för att utveckla MAP-hydrogelbaserade leveranssystem, speciellt för regenerativ medicin där vi vill leverera celler som kommer att ersätta skadade vävnader med nya och friska."

MAP hydrogeler är en nyare sort av injicerbara hydrogeler. Dessa mjuka material är sammankopplade kedjor av extremt små pärlor gjorda av polyetylenglykol, en syntetisk polymer. Även om mikropärlorna inte själva kan hålla fast vid celler, de kan konstrueras för att presentera cellbindande proteiner som sedan kan fästa till receptormolekyler på stamcellernas yta.

När de väl fästs på mikropärlorna, stamcellerna använder utrymmet mellan sfärerna för att växa och omvandlas till specialiserade celler, som ben- eller hudceller. Och så, när det finns en skada, MAP-hydrogeler kan användas för att leverera dessa nya celler för att hjälpa vävnader att regenereras.

Dock, hälsan och beteendet hos stamceller i MAP-hydrogelmiljön har aldrig studerats fullt ut.

"MAP hydrogeler har överlägsna mekaniska och biokompatibla egenskaper, så i princip, de är en fantastisk plattform för att växa och underhålla stamceller, ", sa Alge. "Men folk på fältet har verkligen ingen bra förståelse för hur stamceller beter sig i dessa material."

För att ta itu med denna fråga, forskarna studerade tillväxten, spridning och funktion av benstamceller i MAP-hydrogeler. Alge och hans team använde tre prover av MAP-hydrogeler som endast skilde sig åt i den hastighet med vilken de bröts ned, det är, antingen långsam, snabbt eller inte alls.

Först, för stamcellerna att fästa på MAP-hydrogelerna, forskarna dekorerade MAP-hydrogelerna med en typ av cellbindande protein. De spårade sedan stamcellerna när de växte med hjälp av en högupplöst, fluorescerande mikroskop. Forskarna upprepade också samma experiment med ett annat cellbindande protein för att undersöka om cellbindande proteiner också påverkade stamcellsutvecklingen i hydrogelerna.

Till deras förvåning, Alges team fann att för båda typerna av cellbindande proteiner, MAP-hydrogelerna som bröts ned snabbast hade den största populationen av stamceller. Vidare, cellerna ändrade formen på MAP-hydrogelen när de spred sig och gjorde anspråk på mer territorium.

"I den intakta MAP-hydrogelen, vi kunde fortfarande se de sfäriska mikropärlorna och materialet var ganska oskadat, sade Alge. Däremot, cellerna gjorde åsar och spår i de nedbrytande MAP-hydrogelerna, dynamiskt omforma sin miljö."

Forskarna fann också att när stamcellerna växte, mängden benproteiner som producerades av de växande stamcellerna berodde på vilket cellbindande protein som ursprungligen användes i MAP-hydrogelen.

Alge noterade att insikten som erhållits genom deras studie i hög grad kommer att informera ytterligare forskning och utveckling inom MAP-hydrogeler för stamcellsterapier.

"Även om MAP-hydrogelnedbrytbarhet djupt påverkar tillväxten av stamceller, vi fann att samspelet mellan de cellbindande proteinerna och nedbrytningen också är viktigt, " sa han. "Som vi, som ett fält, ta framsteg mot att utveckla nya MAP-hydrogeler för vävnadsteknik, vi måste titta på effekterna av både nedbrytbarhet och cellbindande proteiner för att på bästa sätt använda dessa material för regenerativ medicin."