En illustration visar hur effektivt ett urval av specialdesignade peptidhydrogeler är för att kontrollera inflammation. Gelerna som utvecklats vid Rice University fungerar som ställningar för ny vävnad och visar löften för behandling av sår och cancer och för att leverera läkemedel. Hydrogelerna är utformade för att lösas upp i kroppen när de ersätts av naturliga, funktionell vävnad. Upphovsman:Tania Lopez-Silva/Rice University
Hydrogeler för läkning, syntetiseras från molekylerna upp av Rice University bioingenjörer, är några steg närmare kliniken.
Risforskare och samarbetspartners vid Texas Heart Institute (THI) har etablerat en grundläggande uppsättning injicerbara hydrogeler som lovar att hjälpa till att läka sår, leverera läkemedel och behandla cancer. Kritiskt, de har analyserat hur de kemiskt distinkta hydrogelerna framkallar kroppens inflammatoriska svar - eller inte.
Hydrogels utvecklade på Rice är utformade för att vara injicerbara och skapa en efterlikning av cellulära ställningar på en önskad plats. De fungerar som platshållare medan kroppen naturligt matar in nya blodkärl och celler i ställningen, som försämras med tiden för att lämna naturlig vävnad på plats. Hydrogels kan också bära kemiska eller biologiska uppmaningar som bestämmer ställningens struktur eller affinitet till den omgivande vävnaden.
Studien leds av kemisten och bioingenjören Jeffrey Hartgerink och doktoranden Tania Lopez-Silva vid Rice och Darren Woodside, vice president för forskning och chef för flödescytometri och bildkärna vid THI, visar att det borde vara möjligt att ställa in multidomain -peptidhydrogeler för att producera lämpligt inflammatoriskt svar för vad de behandlar.
Forskningen visas i Biomaterial .
"Vi har arbetat med peptidbaserade hydrogeler i ett antal år och har producerat cirka 100 olika typer, "Sade Hartgerink." I den här artikeln, vi ville säkerhetskopiera lite och förstå några av de grundläggande sätten på vilka de förändrar biologiska miljöer. "
Forskarna ville veta specifikt hur syntetiska hydrogeler påverkar omgivningens inflammatoriska svar. Den tvååriga studien erbjöd den första möjligheten att testa en mängd biokompatibla hydrogeler för nivåerna av inflammatoriskt svar de utlöser.
"Vanligtvis, vi tänker på inflammation som dålig, "Sa Hartgerink." Det beror på att inflammation ibland är förknippad med smärta, och ingen gillar smärta. Men det inflammatoriska svaret är också extremt viktigt för sårläkning och för att rensa infektion.
Forskare vid Rice University och Texas Heart institutes testade ett urval av syntetiska, biokompatibla hydrogeler för att se hur inställningen påverkar kroppens inflammatoriska svar. Hydrogelerna utvecklas för att hjälpa till att läka sår, leverera läkemedel och behandla cancer. Upphovsman:Rice University/Texas Heart Institute
"Vi vill inte ha nollinflammation; vi vill ha lämplig inflammation, "sa han." Om vi vill läka sår, inflammation är bra eftersom det startar processen med att återuppbygga kärl. Det rekryterar alla typer av celler som regenererar till den platsen. "
Laboratorierna testade fyra grundläggande hydrogeltyper - två med positiv laddning och två negativa - för att se vilken typ av inflammation de skulle utlösa. De upptäckte att positivt laddade hydrogeler utlöste ett mycket starkare inflammatoriskt svar än negativt laddade.
"Bland de positiva materialen är beroende på kemin som genererar den laddningen, vi kan antingen generera ett starkt eller måttligt inflammatoriskt svar, "Sade Hartgerink." Om du går för sårläkning, du vill verkligen ha ett måttligt svar, och vi såg det i ett av de fyra materialen.
"Men om du vill gå på cancerbehandling, det högre inflammatoriska svaret kan vara mer effektivt, "sa han." För något som läkemedelsleverans, där inflammation inte är till hjälp, ett av de negativt laddade materialen kan vara bättre.
"I grund och botten, vi lägger grunden för att förstå hur man utvecklar material kring de inflammatoriska reaktionerna som dessa material framkallar. Det ger oss vår bästa chans att lyckas. "
THI -teamet hjälpte till att analysera det cellulära svaret på hydrogelerna genom flerdimensionell flödescytometri.
"Resultaten av detta arbete lägger grunden för att specifikt skräddarsy leverans av ett terapeutiskt av ett leveransfordon som är funktionellt relevant och förutsägbart, "Woodside sa." Förutom att leverera droger, dessa hydrogeler är också kompatibla med en mängd olika celltyper.
"Ett av problemen med stamcellsterapier för närvarande är att adoptivt överförda celler inte nödvändigtvis stannar i högt antal på injektionsstället, "sa han." Blandar dessa relativt inerta, negativt laddade hydrogeler med stamceller före injektion kan övervinna denna begränsning. "
Hartgerink sa att arbetet är grundläggande, snarare än inriktad på en specifik applikation, men är viktigt för det långsiktiga målet att föra syntetiska hydrogeler till kliniken. "Vi har spekulerat i många saker som vi tycker är bra och sanna om detta material, och vi har nu mer en sund mekanistisk förståelse för varför de är, faktiskt, Sann, "Sa Hartgerink.
