Du kan laga ett brustet hjärta denna Alla hjärtans dag nu när forskare har uppfunnit en ny hydrogel som kan användas för att läka skadad hjärtvävnad och förbättra cancerbehandlingar.
University of Waterloo kemiteknikforskare Dr. Elisabeth Prince slog sig ihop med forskare från University of Toronto och Duke University för att designa det syntetiska materialet som är tillverkat av cellulosa nanokristaller, som härrör från trämassa. Materialet är konstruerat för att replikera de fibrösa nanostrukturerna och egenskaperna hos mänskliga vävnader, och därigenom återskapa dess unika biomekaniska egenskaper.
Forskningen publicerades nyligen i Proceedings of the National Academy of Sciences .
"Cancer är en mångfaldig sjukdom, och två patienter med samma typ av cancer kommer ofta att svara på samma behandling på väldigt olika sätt," sa Prince. "Tumörorganoider är i huvudsak en miniatyriserad version av en enskild patients tumör som kan användas för läkemedelstestning, vilket skulle kunna göra det möjligt för forskare att utveckla personliga terapier för en specifik patient."
Som chef för Prince Polymer Materials Lab, designar Prince syntetiska biomimetiska hydrogeler för biomedicinska applikationer. Hydrogelerna har en nanofibrös arkitektur med stora porer för transport av näringsämnen och avfall, vilket påverkar mekaniska egenskaper och cellinteraktion.
Prince, professor vid Waterloo's Department of Chemical Engineering, använde dessa humanvävnadsmimetiska hydrogeler för att främja tillväxten av småskaliga tumörrepliker härrörande från donerad tumörvävnad.
Hon syftar till att testa effektiviteten av cancerbehandlingar på minitumörorganoiderna innan behandlingen ges till patienter, vilket potentiellt möjliggör personliga cancerterapier. Denna forskning utfördes tillsammans med professor David Cescon vid Princess Margaret Cancer Center.
Princes forskargrupp vid Waterloo utvecklar liknande biomimetiska hydrogeler för att vara injicerbara för läkemedelstillförsel och regenerativa medicinska tillämpningar eftersom Waterloo-forskare fortsätter att leda hälsoinnovation i Kanada.
Hennes forskning syftar till att använda injicerat filamentöst hydrogelmaterial för att återväxt hjärtvävnad skadad efter en hjärtattack. Hon använde nanofibrer som en byggnadsställning för återväxt och läkning av skadad hjärtvävnad.
"Vi bygger vidare på det arbete som jag påbörjade under min doktorsexamen för att designa humanvävnadsmimetiska hydrogeler som kan injiceras i människokroppen för att leverera terapeutiska medel och reparera skadorna på hjärtat när en patient drabbas av en hjärtattack, " sa Prince.
Princes forskning är unik eftersom de flesta geler som för närvarande används inom vävnadsteknik eller 3D-cellkultur inte har denna nanofibrösa arkitektur. Princes grupp använder nanopartiklar och polymerer som byggstenar för material och utvecklar kemi för nanostrukturer som exakt efterliknar mänskliga vävnader.
Nästa steg i Princes forskning är att använda ledande nanopartiklar för att göra elektriskt ledande nanofibrösa geler som kan användas för att läka hjärt- och skelettmuskelvävnad.
Mer information: Elisabeth Prince et al, Nanokolloidal hydrogel efterliknar strukturen och de icke-linjära mekaniska egenskaperna hos biologiska fibrösa nätverk, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI:10.1073/pnas.2220755120
Tillhandahålls av University of Waterloo
