分子诱饵能够帮助水凝胶治愈伤痕,新的水凝胶在治疗骨残破方面出示出前途

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像渔民一样,赖斯大学的生物工程师正在寻找他们的日常捕捞量。但他们的诱饵,水凝胶支架中的生物分子,吸引微观干细胞而不是鱼。

来自加州大学洛杉矶分校牙科学院的生物工程师和牙医已开发出一种新型水凝胶,与目前可用的水凝胶相比,它更具多孔性,可有效促进组织修复和再生。一旦注入小鼠模型,新的水凝胶显示诱导天然存在的干细胞迁移,以更好地促进骨愈合。使用引入体内的水凝胶和干细胞或昂贵的生物制剂的当前实验应用可能带来负面副作用。

他们说,这些将促进新组织的生长以治愈伤口。由布朗工程学院生物工程师Antonios
Mikos和研究生Jason
Guo领导的团队开发了模块化注射水凝胶,这种水凝胶由生物活性分子增强,这些生物活性分子锚定在化学交联剂中,从而产生凝胶结构。

该研究结果发表在自然通讯杂志上,该研究结果表明,在不久的将来,下一代水凝胶系统可以大大改善目前基于生物材料的治疗方法,以修复骨缺损。

迄今为止,用于愈合的水凝胶在生物学上是惰性的,并且需要将生长因子和其他生物相容性分子添加到混合物中。新工艺使这些必需分子成为水凝胶本身的一部分,特别是交联剂,使材料在用水溶胀时保持其结构。

水凝胶是由聚合物链的3D网络组成的生物材料。由于网络吸收水的能力及其与活组织的结构相似性,它可用于将细胞输送到缺陷区域以再生丢失的组织。然而,水凝胶的小孔径限制了移植细胞的存活,它们的扩张和新的组织形成,使得这不再是再生组织的理想选择。

他们的工作,在Science
Advances中报道,旨在帮助修复能够自我再生的骨骼,软骨和其他组织。最重要的是,米氏实验室定制的活性水凝胶可以在室温下混合使用,立即应用,Mikos说。

在生物材料领域中流行的一种材料是天然存在的矿物粘土。粘土已成为医疗产品的理想添加剂,没有任何负面影响。它已被证明是生物相容的并且容易获得。

这不仅对于易于制备和合成很重要,而且因为这些分子在被加热时可能会失去生物活性,他说。这是开发依赖高温或使用有机溶剂的生物材料的最大问题。

粘土分层结构,表面带负电荷。独特的分层结构和电荷对于研究人员来说非常重要,因为他们的水凝胶具有正电荷或相反电荷。当将水凝胶插入粘土层时,通过称为插层化学的过程,最终结果是具有更多孔结构的粘土增强水凝胶,其可以更好地促进骨形成。

用软骨和骨生物分子进行的实验表明,由可溶性聚合物制成的交联剂如何通过简单地将它们在水中与催化剂混合在一起来结合小肽或大分子,如组织特异性细胞外基质组分。随着注射的凝胶膨胀以填充组织缺陷留下的空间,嵌入的分子可以与身体的间充质干细胞相互作用,吸引它们以促进新的生长。当天然组织填充该区域时,水凝胶会降解并最终消失。

一旦他们的粘土增强水凝胶,研究人员使用一种称为光诱导或光的引入的过程,将他们的新生物材料变成凝胶,这将使其更容易注入他们的小鼠模型。

通过我们以前的水凝胶,我们通常需要一个二级系统来运送生物分子,以有效地进行组织修复,郭说。在这种情况下,我们的最大优势是我们直接将特定组织的生物分子直接加入交联剂本身。然后,一旦我们注入水凝胶,生物分子就在他们需要的地方。

小鼠模型有一个不愈合的颅骨缺损,研究人员注射了他们的粘土增强水凝胶。六周后,他们发现该模型通过其自身发生的干细胞迁移和生长显示出显着的骨愈合。

金沙澳门官网网址,为了使反应起作用,研究人员依赖于点击化学的变体,这有助于分子模块的组装。点击化学催化剂通常不适用于水。但在Rice化学家和共同作者Paul
Engel的帮助下,他们选择了生物相容性和可溶性钌基催化剂。

这项研究将帮助我们开发具有高孔隙度的下一代水凝胶系统,并可以大大改善现有的骨移植材料,主要作者Min
Lee说,他是加州大学洛杉矶分校牙科学院生物材料科学教授,也是Jonsson综合癌症的成员中央。我们的纳米复合水凝胶系统将用于许多应用,包括治疗输送,细胞载体和组织工程。

我们可以使用一种特殊的钌基催化剂,郭说。其他通常具有细胞毒性,或者它们在水性条件下无活性,或者它们可能不适用于聚合物上特定种类的炔烃。

使用水凝胶的活细胞和生物活性分子的可注射组合将是治疗身体的不健康或受损区域而不是更具侵入性的手术的优选医学应用。

未来的研究计划了解纳米复合水凝胶的物理性质如何影响细胞的迁移及其功能,以及血管的形成。