Ett team av kemister och bioingenjörer vid Rice University och University of Houston har uppnått en betydande milstolpe i sitt arbete med att skapa ett biomaterial som kan användas för att odla biologiska vävnader utanför människokroppen.
Utvecklingen av en ny tillverkningsprocess för att skapa anpassade nanofiberhydrogeler skulle kunna erbjuda nya möjligheter för vävnadsregenerering efter skada och ge ett sätt att testa terapeutiska läkemedelskandidater utan användning av djur.
Forskargruppen, som leds av Jeffrey Hartgerink, professor i kemi och bioteknik, har utvecklat peptidbaserade hydrogeler som efterliknar den inriktade strukturen av muskel- och nervvävnader. Justering är avgörande för vävnadernas funktionalitet, men det är en utmanande funktion att reproducera i labbet, eftersom det innebär att man ställer upp enskilda celler.
I över tio år har teamet designat multidomain peptider (MDP) som självmonterar till nanofibrer. Dessa liknar de fibrösa proteinerna som finns naturligt i kroppen, ungefär som ett spindelnät i nanoskala.
I deras senaste studie, publicerad i tidskriften ACS Nano , upptäckte forskarna en ny metod för att skapa justerade MDP nanofiber "nudlar."
Genom att först lösa upp peptiderna i vatten och sedan extrudera dem till en salt lösning kunde de skapa peptidnanofibrer i linje – som tvinnade rep som var mindre än en cell. Genom att öka koncentrationen av joner, eller salt, i lösningen och upprepa processen, uppnådde de ännu större inriktning av nanofibrerna.
"Våra fynd visar att vår metod kan producera anpassade peptidnanofibrer som effektivt styr celltillväxt i en önskad riktning", förklarade huvudförfattaren Adam Farsheed, som nyligen tog sin doktorsexamen. i bioteknik från Rice.
"Detta är ett avgörande steg mot att skapa funktionella biologiska vävnader för tillämpningar för regenerativ medicin."
En av de viktigaste resultaten av studien var en oväntad upptäckt:När anpassningen av peptidnanofibrerna var för stark, anpassade cellerna sig inte längre. Ytterligare undersökning avslöjade att cellerna behövde kunna "dra" i peptidnanofibrerna för att känna igen inriktningen. När nanofibrerna var för stela kunde cellerna inte utöva denna kraft och lyckades inte ordna sig i den önskade konfigurationen.
"Denna insikt om cellbeteende kan ha bredare konsekvenser för vävnadsteknik och design av biomaterial", säger Hartgerink.
"Att förstå hur celler interagerar med dessa material på nanoskala kan leda till effektivare strategier för att bygga vävnader."
Ytterligare studie medförfattare från Rice inkluderar kemiavdelningen Ph.D. utexaminerade Tracy Yu och Carson Cole, doktorand Joseph Swain och forskare Adam Thomas. Bioingenjörsforskare Jonathan Makhoul, doktorand Eric Garcia Huitron och professor K. Jane Grande-Allen var också medförfattare till studien. Teamet av forskare från University of Houston inkluderar Ph.D. student Christian Zevallos-Delgado, forskningsassistent Sajede Saeidifard, forskarassistent Manmohan Singh och ingenjörsprofessor Kirill Larin.
Mer information: Adam C. Farsheed et al, Tunable Macroscopic Alignment of Self-Assembling Peptide Nanofibers, ACS Nano (2024). DOI:10.1021/acsnano.4c02030
Journalinformation: ACS Nano
Tillhandahålls av Rice University
