Wetenschappers hebben voor het eerst een injecteerbare hydrogel gemaakt die vooraf weefselspecifieke bioactieve moleculen opneemt via nieuwe crosslinkers. De beschreven hydrogel heeft een sterk potentieel voor gebruik in tissue engineering
Weefsel engineering is de ontwikkeling van weefsel- en orgaansubstituten - driedimensionale cellulaire constructies - met eigenschappen die vergelijkbaar zijn met natuurlijke weefsels. Weefsel engineering is gericht op het herstellen, behouden of verbeteren van weefselfuncties door gebruik te maken van deze biologisch actieve steigers. synthetisch hydrogel polymeren zijn geprezen als veelbelovende kandidaten om dergelijke mechanische steigers te leveren vanwege hun unieke samenstelling en structurele overeenkomsten met natuurlijke extracellulaire matrix. Hydrogels bootsen weefselomgevingen na en de crosslinkers in hydrogels helpen het materiaal zijn structuur te behouden, zelfs wanneer het enorme hoeveelheden water heeft geabsorbeerd. De momenteel beschikbare hydrogels zijn echter biologisch inert en kunnen dus niet zelfstandig werken om een geschikte biologische functie aan te drijven. Ze vereisen toevoeging van compatibele biomoleculen (bijvoorbeeld groeifactoren, adhesieve liganden), waardoor ze een noodzakelijk onderdeel van hydrogels zijn.
In een op 11 juni gepubliceerde studie in Wetenschap Advances, hebben wetenschappers een nieuwe modulaire injecteerbare hydrogel ontwikkeld die een crosslinker genaamd PdBT - een biologisch afbreekbare verbinding - gebruikt voor crosslinking van het hydrogelpolymeer om een gezwollen, bioactieve hydrogel te creëren. De PdBT neemt bioactieve moleculen op door ze te verankeren in de chemische crosslinkers in de hydrogel. De specifieke biomoleculen kunnen eenvoudig bij kamertemperatuur worden gemengd met PdBT en zo worden bioactieve moleculen een geïntegreerd onderdeel van de hydrogel. Een dergelijk systeem, dat voor het eerst is ontwikkeld, heeft het vermogen om bij kamertemperatuur aan weefselspecifieke biomoleculen te binden om gefunctionaliseerd te worden zonder dat er later een secundaire injectie of systeem nodig is.
De toegevoegde biomoleculen blijven verankerd aan de hydrogel en kunnen direct aan het doelweefsel worden gepresenteerd. Dit voorkomt diffusie naar een gebied buiten het doelgebied en vermijdt ongewenste gevolgen zoals inactivatie of overtollige weefselgroei. Er werden experimenten uitgevoerd op bot en kraakbeen met behulp van specifieke PdBT-monomeren door functionaliteit toe te voegen door het opnemen van kraakbeen-geassocieerd hydrofoob N-cadherine-peptide en een hydrofiel botmorfogenetisch eiwitpeptide, en een van kraakbeen afgeleid glycosaminoglycaan, chondroïtinesulfaat. Dit hydrogelmengsel kan direct in het doelweefsel worden geïnjecteerd. Biomoleculen die in de hydrogel zijn opgenomen, komen in contact met de mesenchymale stamcellen van het lichaam van het gastheerweefsel en "verlokken" ze zodat ze aan het doelgebied worden toegevoegd om te 'zaaien' of nieuwe groei te initiëren. Zodra het nieuwe weefsel groeit, wordt de hydrogel afgebroken en verdwijnt.
De nieuwe hydrogel die in de huidige studie wordt beschreven, kan bij kamertemperatuur worden bereid voor onmiddellijk gebruik en kan dienovereenkomstig worden aangepast voor verschillende weefsels. Het eenvoudige bereidingsproces voorkomt thermische afbraak van biomoleculen, wat een probleem was met eerdere hydrogels, omdat dit hun biologische activiteit beïnvloedt. Bioactieve hydrogels kunnen helpen om bot, kraakbeen, huid en andere weefsels te regenereren. Deze nieuwe techniek die gebruik maakt van een injecteerbare bioactieve hydrogel met gunstige eigenschappen, heeft een sterk potentieel voor gebruik in weefselmanipulatie.
***
{U kunt de originele onderzoekspaper lezen door op de DOI-link hieronder in de lijst met geciteerde bron(nen) te klikken}
Bron (nen)
Guo JL et al. 2019. Modulaire, weefselspecifieke en biologisch afbreekbare hydrogel-crosslinkers voor tissue engineering. Vooruitgang in de wetenschap. 5 (6). https://doi.org/10.1126/sciadv.aaw7396
