Kredit:CC0 Public Domain
Att utnyttja unik expertis i en anda av samarbete är en av Carnegie Mellon Universitys formler för framgång. Under de senaste tre åren har Phil Campbell och Xi (Charlie) Ren samarbetat om forskning relaterad till rumslig kontroll av extracellulära vesiklar (EV). Deras ansträngningar har gett en ny strategi som möjliggör långvarig EV-spatial retention, en nyckelvariabel för att möjliggöra framtida tillämpningar för vävnadsteknik och regenerativ medicin.
"Elbilar kan ses som de universella kommunikatörerna - inte bara i kroppen utan i alla levande varelser", förklarade Campbell, forskningsprofessor i biomedicinsk teknik. "De förekommer naturligt, är biokompatibla och kan användas för att leverera meddelanden mellan celler på nanoskalanivå."
Studier har visat att EV-baserade terapier är mindre benägna att utlösa negativa immunsvar och inte utgör samma logistiska och regulatoriska problem som terapier baserade på levande celler. Men även om de är rika på potential, är elbilar som levereras i sin naturliga form vanligtvis benägna att få snabb clearance och saknar vanligtvis kontrollerad riktad leverans. I vissa applikationer krävs upprepad förlängd dosering, vilket innebär utmaningar med både övergripande effektivitet och effekt.
"Vårt arbete härrörde från en mycket enkel fråga", säger Ren, biträdande professor i biomedicinsk teknik. "Det finns många aspekter av att kontrollera den biologiska funktionen hos elbilar, men om vi kan ge retention (av elbilar), kan vi göra något bra? Ett av de bästa sätten att främja forskning är att prata med andra fakulteter som har annan expertis. Vi har tagit kemiaspekterna och verktygen från mitt labb och kopplat dem med EV-plattformen som utvecklats av Phils labb för att presentera innovativ ny teknik."
I färsk forskning publicerad i Biomaterials , beskrev gruppen en metod för att immobilisera mesenkymala stamceller (MSC)-härledda EVs i kollagenhydrogeler för att förstärka angiogenes, eller bildandet av nya blodkärl, vilket är ett kritiskt steg för de flesta reparativa och regenerativa tillämpningar. Praktiskt sett kan diabetespatienter som lider av kärlsjukdomar, där artärer är härdade i hela kroppen, dra nytta av pro-angiogena biomaterial som dessa.
För att åstadkomma detta inkorporerade forskarna en selektiv kemisk etikett på EV:s yttre yta, som inte påverkar dess morfologiska eller funktionella egenskaper. Genom denna kemiska tagg kan elbilar effektivt rotas in i hydrogelimplantat och framkalla mer robust värdcellsinfiltration. I studien visade angiogena och immunregulatoriska svar jämfört med 10 gånger den högre dosen som krävs vid användning av konventionella, icke-immobiliserade elbilar.
"I ett nötskal, vad vi nu har förmågan att göra är att rumsligt kontrollera var vi placerar elbilar och hålla dem där under kontrollerade förhållanden," sammanfattade Campbell. "Vi tittade specifikt på att främja angiogenes för detta dokument, men bredare än så kan denna teknik leda till ökade terapeutiska tillämpningar för sårläkning och andra regenerativa och reparativa terapier."
Ansträngningar att tillämpa denna EV-plattform på benvävnadsteknik som ett alternativ till titan pågår också. Gruppen designar byggnadsställningar och utforskar funktionalisering för att övervinna de nuvarande utmaningarna titan presenterar som ett begränsat regenerativ när det implanteras i kroppen.
"Vi hoppas att vi kan designa ett sätt att infundera icke-biologiska material, såsom ett metallimplantat, med denna hydrogel, med EV laddad, som kan uppmuntra kroppen att ta det främmande implantatet bland kroppsdelarna", säger Ren. + Utforska vidare
