Ledsjukdomar, såsom knäartros, är vanliga i den äldre befolkningen och försämrar allvarligt deras livskvalitet. Konventionella behandlingar som konstgjorda ledproteser erbjuder tillfällig lindring men kommer med flera nackdelar, inklusive begränsad funktionalitet och behov av utbyte. En bättre lösning är att hitta ett sätt att främja vävnadsregenerering i leder:interpenetrerande polymernätverk (IPN) hydrogeler, när det injiceras i lederna, gör precis detta - genom att fungera som byggnadsställningar för tillväxten av nya celler och efterlikna den cellulära miljön. Dock, befintliga tekniker för att utveckla IPN är tråkiga:de kräver tillsats av kemikalier via flera steg, vilket begränsar deras praktiska tillämpning. Således, det finns ett behov av bättre tekniker som kan göra processen för vävnadsregenerering lättare.

I en ny studie publicerad i Materialkemi , forskare från Japan, inklusive Asst Prof Shigehito Osawa och Prof Hidenori Otsuka vid Tokyo University of Science, hittat en ny metod för att utveckla byggnadsställningar för vävnadsregenerering. Prof Otsuka förklarar, "Rent generellt, bildandet av IPN-geler är en cellgift, flerstegsprocess:det involverar att bygga ett nätverk, följt av tillsats av kemiska reagenser eller utsättande av dem för yttre stimuli, såsom temperatur eller förändringar i ljusstrålning, att bilda det andra nätverket. Vi ville skapa en ny ställning med en enstegsprocess, som skulle kunna övervinna begränsningarna hos befintliga IPN."

Till att börja med, forskarna ville hitta självmonterande föreningar som kunde bilda oberoende 3D-nätverk utan att störa varandra. De började med att välja en peptid som heter RADA16, som - under fysiologiska förhållanden - bildar ett nätverk på grund av elektrostatiska och hydrofoba interaktioner. Sedan, de vände sig till en biopolymer som heter kitosan (CH) och en förening som heter polyetylenglykol (PEG), som bildar nätverk med varandra via kemiska reaktioner. Eftersom mekanismerna för nätverksbildning i RADA16 och CH/PEG var drastiskt olika, forskarna spekulerade i att dessa nätverk inte skulle störa varandra. Genom att helt enkelt blanda de två föreningarna, de fann att detta verkligen var sant. Prof Otsuka förklarar, "Vi blandade de två materialen, RADA16 och CH/PEG, och fann att de framgångsrikt bildade heterologa IPN. Dessutom, dessa IPN:n störde inte varandra, eftersom det visar sig att RADA16-nätverken bildas först, följt av den långsammare sammansättningen av CH/PEG-nätverk."

Nästa, forskarna ville kontrollera om det föreslagna IPN effektivt kunde fungera som en ställning för att främja tillväxten av friska kondrocyter (celler som producerar brosk). Forskarna testade ställningen med mänskliga celler och fann att cellerna är inbäddade enhetligt i hydrogelen, effektivt genererar funktionell broskvävnad. Faktiskt, hos möss, implantering av mänskliga kondrocyter i hydrogelställningen ledde till broskbildning under en period av 8 veckor, till och med överträffar prestanda hos konventionella vävnadsställningar! Den största fördelen med denna teknik var att den inte bara framgångsrikt regenererade broskvävnad, det utfördes också i bara ett steg eller "kruka, " vilket gör det mycket enklare än befintliga tekniker.

Dessa fynd skulle potentiellt kunna övervinna begränsningarna av vävnadsregenerering och bana väg för ytterligare tillämpningar som läkemedelsleverans, diagnos, och ytmodifiering. Inte bara detta, Prof Otsuka är optimistisk att på grund av teknikens lätthet, det kan tillverkas inhemskt, som skulle kunna leda till betydande sociala och ekonomiska fördelar. Prof Otsuka avslutar, "Vår forskning har öppnat dörrar för användningen av regenerativ medicin för autonom broskgenerering som ett alternativ till konstgjorda leder, leder till betydande förbättring av patienternas livskvalitet och gynnar samhället överlag."