Vědci vyvíjejí gel na léčbu tkáně pomocí extracelulárních váčků odvozených od mléka

Vědci z Columbia Engineering vytvořili rámec pro návrh bioaktivních injekčních hydrogelů formulovaných s extracelulárními váčci (EV) pro tkáňové inženýrství a regenerativní medicíny.

Publikováno v HmotaSantiago Correa, odborný asistent biomedicínského inženýrství v Columbia Engineering, a jeho spolupracovníci popisují injekční injekci Hydrogel Platforma, která používá EV z mléka k řešení dlouhodobých bariér ve vývoji biomateriálů pro regenerativní medicínu.

EV jsou částicemi přirozeně vylučovány buňkami a nesou stovky biologických signálů, jako jsou proteiny a genetický materiál, což umožňuje sofistikovanou buněčnou komunikaci, která Syntetické materiály nelze snadno replikovat.

V této studii Correa a jeho kolegové navrhli hydrogelský systém, kde EV hrají dvojí roli: působí jako bioaktivní náklady, ale také slouží jako základní strukturální stavební bloky, zesíťovací biokompatibilní polymery za vzniku injekčního materiálu.

Tým pomocí nekonvenčního přístupu, který využíval mléčné EV z jogurtu, byl schopen překonat omezení výnosu, která brání rozvoji biomateriálů založených na EV. Jogurt EV umožnil hydrogel napodobit mechaniku živé tkáně a aktivně zapojil okolní buňky, podporoval hojení a regeneraci tkání bez potřeby dalších chemických přísad.

„Tento projekt začal jako základní otázka, jak budovat hydrogely založené na EV. Jogurt EVS nám dal praktický nástroj, ale ukázalo se, že jsou více než modelem,“ řekla Correa, která vedla studii s Artemis Margaronis, vysokoškolským pracovníkem NSF v laboratoři Correa. „Zjistili jsme, že mají vlastní regenerační potenciál, který otevírá dveře novým, přístupným terapeutickým materiálům.“

Correa řídí laboratoř na imunoměniči nanočástic na Columbia University, kde se jeho výzkum zaměřuje na dodávku léčiv a imunoinženýrství. Je také členem Cancer Center Herbert Irving Comprehensive Cancer Center a na tomto projektu spolupracoval s Kam Leongem, členem fakulty Columbia Engineering.

Studie byla dále posílena prostřednictvím mezinárodní spolupráce s vědci z University of Padova, včetně Elisa Cimetta (Department of Industrial Engineering) a postgraduálního studenta Caterina Piunti.

Kombinací odborných znalostí týmu Padova v oblasti zemědělských zdrojů EV se zkušenostmi Correa Lab v nanomateriálech a polymerních hydrogelech prokázal tým mezi disciplinárních globálních partnerství v oblasti rozvíjejících se inovací biomateriálů.

Pomocí EV odvozených od jogurtu tým definoval konstrukční prostor pro generování hydrogelů, které zahrnují EV jako strukturální i biologické prvky. Dále ověřovali přístup pomocí EV odvozených z Savčí buňky a bakterie, které ukazují, že platforma je modulární a kompatibilní s různými zdroji vezikul.

To by mohlo otevřít dveře k pokročilým aplikacím v hojení ran a regenerativní medicíně, kde současná léčba často nedosáhla podpory dlouhodobé opravy tkáně. Integrací EV přímo do hydrogelové struktury umožňuje materiál trvalé dodání jejich bioaktivních signálů. Protože je hydrogel injikovatelný, může být také dodáván lokálně do poškozené tkáně.

První experimenty ukazují, že hydrogely jogurtu EV jsou biokompatibilní a řídí silnou angiogenní aktivitu do jednoho týdne u imunokompetentních myší, což ukazuje, že zemědělské EV nejen umožňují výzkum základních biomateriálů, ale také mají terapeutický potenciál jako biotechnologii příští generace.

U myší materiál nevykazoval žádné známky nežádoucí reakce a místo toho podpořil tvorbu nových krevních cév, což je klíčový krok v efektivní regeneraci tkáně.

Tým Correa také poznamenal, že hydrogel vytváří jedinečné imunitní prostředí obohacené o typy protizánětlivých buněk, což může přispět k pozorovaným procesům opravy tkáně. Tým nyní zkoumá, jak by tato imunitní reakce mohla pomoci vést regeneraci tkání.

„Být schopen navrhnout materiál, který úzce napodobuje přirozené prostředí těla a zároveň urychlit proces hojení otevírá nový svět možností pro regenerativní medicína“řekl Margaronis.

„Momenty, jako jsou tyto, mi připomínají, proč je oblast výzkumu v biomedicínském inženýrství vždy na vrcholu něčeho vzrušujícího.“