חוקרים מקולומביה הנדסת הקימו מסגרת לתכנון הידרוגלים הניתנים להזרקה ביו -אקטיבית שנוסחו עם שלפוחית חוץ תאית (EVS) ליישומי הנדסת רקמות ורפואה רגנרטיבית.
פורסם היום ב חוֹמֶרסנטיאגו קוריאה, עוזר פרופסור להנדסה ביו -רפואית בקולומביה הנדסה, ומשתפי הפעולה שלו מתארים פלטפורמת הידרוג'ל הניתנת להזרקה המשתמשת ב- EVS מחלב כדי לטפל בחסמים ארוכי שנים בפיתוח ביו -חומרים לרפואה רגנרטיבית. EVs הם חלקיקים המופרשים באופן טבעי על ידי תאים ונושאים מאות אותות ביולוגיים, כמו חלבונים וחומר גנטי, מה שמאפשר תקשורת סלולרית מתוחכמת שחומרים סינתטיים אינם יכולים לשכפל בקלות.
במחקר זה, CorreA ועמיתיו עיצבו מערכת הידרוג'לים בה EVs ממלאים תפקיד כפול: הם משמשים כמטען ביו -אקטיבי אך משמשים גם כאבני בניין מבניות חיוניות, על ידי קישור פולימרים ביולוגיים תואמים ליצירת חומר הניתן להזרקה. באמצעות גישה לא שגרתית שמינפה EVS חלב מיוגורט, הצוות הצליח להתגבר על אילוצי תשואה המפריעים לפיתוח ביו-חומרים מבוססי EV. ה- EVS של היוגורט אפשרו להידרוג'ל הן לחקות את המכניקה של רקמות חיות ולהעסיק באופן פעיל תאים מסביב, וקידום ריפוי והתחדשות רקמות ללא צורך בתוספים כימיים נוספים.
"פרויקט זה התחיל כשאלה בסיסית כיצד לבנות הידרוגלים מבוססי EV. יוגורט EVs העניקו לנו כלי מעשי לכך, אך הם התבררו יותר מאשר מודל", אמר קוריאה שהוביל את המחקר עם ארטמיס מרגרוניס, עמית מחקר לתואר שני ב- NSF במעבדת קוריאה. "גילינו שיש להם פוטנציאל רגנרטיבי מובנה, הפותח את הדלת לחומרים טיפוליים חדשים ונגישים."
קוריאה מכוון את מעבדת ההנדסה החיסונית הננו באוניברסיטת קולומביה, שם מחקריו מתמקדים במתן תרופות והנדסת חיסון. הוא גם חבר במרכז הסרטן המקיף של הרברט אירווינג ושיתף פעולה בפרויקט זה עם קם לאונג, חבר סגל ההנדסה של קולומביה. המחקר התחזק עוד יותר באמצעות שיתוף פעולה בינלאומי עם חוקרים מאוניברסיטת פדובה, כולל אליסה סימטה (המחלקה להנדסת תעשיה) והסטודנטית לתארים מתקדמים קתרינה פונטי. על ידי שילוב המומחיות של צוות פדובה במיקור EV חקלאי עם חוויית מעבדת הקוריאה בננו-חומרים והידרוגלים מבוססי פולימרים, הצוות הדגים את כוחם של שותפויות גלובליות חוצה תחומי בקידום חדשנות ביו-חומרים.
על ידי שימוש ב- EV הנגזרים על ידי יוגורט, הצוות הגדיר מרחב עיצוב לייצור הידרוגלים המשלבים EVS כאלמנטים מבניים וגם ביולוגיים כאחד. הם אישרו עוד יותר את הגישה באמצעות EVs הנגזרים מתאי יונקים וחיידקים, והדגימו כי הפלטפורמה מודולרית ותואמת למקורות שלפוחית מגוונת. זה יכול לפתוח את הדלת ליישומים מתקדמים בריפוי פצעים ורפואה רגנרטיבית, כאשר לעתים קרובות הטיפולים הנוכחיים נכללים בקידום תיקון רקמות לטווח הארוך. על ידי שילוב EVS ישירות במבנה ההידרוג'ל, החומר מאפשר מסירה מתמשכת של האותות הביו -אקטיביים שלהם. מכיוון שההידרוג'ל ניתן להזרקה, ניתן גם למסור אותו באופן מקומי לרקמות פגומות.
ניסויים מוקדמים מראים כי הידרוגלים של יוגורט EV הם ביו-תואמים ומניעים פעילות אנגיוגנית חזקה תוך שבוע בעכברים חיסוניים, ומדגימים כי EVs חקלאיים לא רק מאפשרים מחקר ביו-חומרים בסיסיים, אלא גם מחזיקים בפוטנציאל טיפולי כביוטכנולוגיה של הדור הבא. בעכברים, החומר לא הראה סימנים לתגובה שלילית ובמקום זאת קידם היווצרות כלי דם חדשים, צעד מפתח בהתחדשות יעילה לרקמות. הצוות של קוריאה ציין גם כי ההידרוג'ל יוצר סביבת חיסון ייחודית המועשרת בסוגי תאים אנטי דלקתיים, מה שעשוי לתרום לתהליכי תיקון הרקמות שנצפו. הצוות בוחן כעת כיצד תגובה חיסונית זו יכולה לעזור להנחות את התחדשות הרקמות.
היכולת לתכנן חומר שמחקה מקרוב את הסביבה הטבעית של הגוף תוך מהירות גם את תהליך הריפוי פותח עולם חדש של אפשרויות לרפואה רגנרטיבית. רגעים כמו אלה מזכירים לי מדוע תחום המחקר בהנדסה ביו -רפואית תמיד נמצא על הסף של משהו מרגש. "
ארטמיס מרגרוניס, עמית מחקר לתואר שני ב- NSF
