Samoleczenie i działanie przeciwdrobnoustrojowe — Naukowcy opracowują nowe materiały, które mogą zrewolucjonizować wzrost tkanki ludzkiej

Naukowcy z Uniwersytetu Nowej Południowej Walii w Sydney opracowali nowy materiał, który może zrewolucjonizować sposób hodowli tkanki ludzkiej w laboratorium i wykorzystania w procedurach medycznych.

Nowy materiał należy do rodziny materiałów zwanych hydrożelami, które stanowią rdzeń materiałów „gąbczastych” występujących we wszystkich żywych organizmach, takich jak chrząstki zwierząt i roślin, takich jak wodorosty. Właściwości hydrożeli czynią je bardzo przydatnymi w badaniach biomedycznych, ponieważ mogą naśladować tkankę ludzką, umożliwiając wzrost komórek w laboratorium.

Istnieją również sztuczne hydrożele stosowane w szerokiej gamie produktów towarowych, od żywności i kosmetyków po soczewki kontaktowe i absorbenty, a ostatnio w badaniach medycznych w celu zamykania ran i zastępowania uszkodzonych tkanek. Chociaż mogą one odpowiednio działać jako wypełniacze próżniowe, które stymulują wzrost tkanki, syntetyczne hydrożele nie są w stanie odtworzyć złożonych właściwości prawdziwej tkanki ludzkiej.

Ale w artykule badawczym opublikowanym dzisiaj w Wspólna naturaIJony dodatnieNaukowcy z Uniwersytetu Nowej Południowej Walii opisują, jak nowy, wyprodukowany w laboratorium hydrożel zachowuje się jak naturalna tkanka i ma wiele zaskakujących właściwości, które mają wpływ na technologię i produkcję medyczną, żywnościową.

Profesor nadzwyczajny Chris Killian ze Szkoły Nauki i Inżynierii Materiałowej UNSW oraz Szkoły Chemii twierdzi, że hydrożel składa się z prostych, bardzo krótkich peptydów, które są elementami budulcowymi białek.

„Materiał jest bioaktywny, co oznacza, że ​​otoczone kapsułkami komórki zachowują się tak, jakby żyły w normalnej tkance” – prof. mówi Killian.

„Jednocześnie materiał jest antybakteryjny, co oznacza, że ​​zapobiegnie infekcjom bakteryjnym. To połączenie stawia go w dobrym miejscu dla materiałów, które mogą być przydatne w medycynie. Materiał jest również samoregenerujący, co oznacza, że ​​zregeneruje się po zmiażdżeniu , złamany lub po wyrzuceniu ze strzykawki.” Dzięki temu idealnie nadaje się do biodruku 3D lub jako materiał do wstrzykiwań w medycynie.

Zaskakujące odkrycie podczas kwarantanny

Ashley Nguyen, doktorantka w Szkole Chemii UNSW i pierwsza autorka tej pracy, dokonała odkrycia podczas COVID-19 Zamykanie za pomocą symulacji komputerowej. Pani Nguyen szukała cząsteczek, które samoorganizują się – czyli układają się automatycznie bez interwencji człowieka – i natknęła się na koncepcję „Chmury tryptofanu’. Są to krótkie łańcuchy Aminokwasy Z wieloma tryptofanami działającymi jak zamek błyskawiczny promujący samoorganizację, któremu nadano nazwę „Trpzip”.

„Byłam podekscytowana możliwością zidentyfikowania unikalnej sekwencji peptydów za pomocą symulacji obliczeniowych, która mogłaby utworzyć hydrożel” – mówi pani Nguyen.

„Po powrocie do laboratorium zainstalowałem górny filtr i byłem zachwycony, widząc, jak faktycznie tworzy żel”.

Pani Nguyen twierdzi, że odkrycie tego hydrożelu może stać się etyczną alternatywą dla powszechnie stosowanych materiałów naturalnych.

„Naturalne hydrożele są stosowane w całym społeczeństwie – od przetwórstwa żywności po kosmetyki – ale wymagają zbierania ich od zwierząt, co budzi wątpliwości etyczne” – mówi.

„Materiały pochodzenia zwierzęcego są również problematyczne, gdy są stosowane u ludzi ze względu na występującą negatywną odpowiedź immunologiczną. Dzięki Trpzip mamy materiał syntetyczny, który nie tylko pokazuje swój potencjał w wielu obszarach, w których obecnie stosuje się materiały naturalne, ale może również przewyższać go w innych.”, takie jak badania kliniczne.

Wyniki w świecie rzeczywistym

Aby przetestować wykonalność Trpzipa w badaniach biomedycznych, A/Prof. Zespół Kiliana współpracował z badaczem dr Shafagiem Watersem ze Szkoły Nauk Biomedycznych Uniwersytetu Nowej Południowej Walii w Sydney, który wykorzystuje… Matrigel – Hydrożel ekstrahowany z guzów myszy – do przeszczepiania tkanek pacjenta do celów badawczych.

„Matrigel ma pewne wady w zastosowaniu badawczym, ponieważ każda partia jest inna. Chemicznie określona alternatywa może być tańsza i bardziej spójna, co może być bardzo przydatne w badaniach biomedycznych „, mówi dr Waters.

Profesor Kilian zwraca uwagę, że handel materiałami naturalnymi to branża warta miliardy dolarów i twierdzi, że zespołowi zależy na zbadaniu dróg prowadzących do komercjalizacji.

„Wierzymy, że hydrożele Trpzip i podobne materiały zapewnią bardziej spójną i opłacalną alternatywę dla produktów pochodzenia zwierzęcego. Byłby to ogromny wynik, gdyby nasz materiał zmniejszył liczbę zwierząt wykorzystywanych w badaniach naukowych.”

Kolejna faza badań obejmie współpracę z przemysłem i naukowcami klinicznymi w celu przetestowania przydatności żeli Trpzip w hodowli tkankowej i zbadania zastosowań podkreślających unikalne właściwości dynamiczne, takie jak biodruk 3D i dostarczanie komórek macierzystych.

Odniesienie: „Hierarchiczne składanie tryptofanowych peptydów zamka błyskawicznego w łagodzące stres bioaktywne hydrożele” autorstwa Ashley K. Nguyen, Thomas J. Molly, Iggy Kardia, Sylvia Gandha, Sudip Chakraborty, Sharon L. Wong, Guanfang Ruan, Bethany E. Yee, Jitendra Mata, Abhishek Vijayan, Naresh Kumar, Richard D. Tilly, Shafag A. Watersa i Christophera A. Kiliana, 23 października 2023 r., Komunikacja przyrodnicza.
doi: 10.1038/s41467-023-41907-1

Badanie zostało sfinansowane przez Australijską Radę ds. Badań Naukowych, Narodową Radę ds. Zdrowia i Badań Medycznych oraz Australijski Narodowy Instytut Raka Narodowy Instytut ZdrowiaFundacja Sieci Szpitali Dziecięcych w Sydney i badania Luminesce Alliance 20.