Hidrogeli na osnovi peptidov obetajo obnovo tkiv in organov

Z združitvijo biomedicinske natančnosti in inženiringa, ki ga je navdihnila narava, je ekipa znanstvenikov pod vodstvom Univerze v Ottawi ustvarila gelu podoben material, ki kaže ogromen potencial za hitro popravilo širokega spektra poškodovanih organov in tkiv v človeškem telesu.

Najsodobnejše raziskave, ki jih vodi izredni profesor Medicinske fakultete Univerze v Ottawi, dr. Emilio I. Alarcon, bi lahko v prihodnosti vplivale na življenja milijonov ljudi s peptidnimi hidrogeli, ki lahko zatesnijo kožne rane, dostavijo terapevtska sredstva poškodovani srčni mišici in popravijo poškodovane roženice.

»Za ustvarjanje terapevtskih rešitev uporabljamo peptide. Ekipa črpa navdih iz narave za razvoj preprostih rešitev za zapiranje ran in obnovo tkiv,« pravi dr. Alarcon, znanstvenik in direktor skupine za bioinženiring in terapevtske rešitve (BEaTS) na Inštitutu za srce Univerze v Ottawi, katerega pionirske raziskave se osredotočajo na razvoj novih materialov z zmožnostmi regeneracije tkiv.

Peptidi so molekule, ki jih najdemo v živih organizmih, hidrogeli pa so material na vodni osnovi z gelasto teksturo, ki se je izkazal za uporabnega v terapevtske namene.

Pristop, uporabljen v študiji, objavljeni v reviji Advanced Functional Materials, ki sta jo sovodila dr. Erik Suuronen in dr. Mark Ruel, je edinstven. Večina hidrogelov, ki jih preučujemo v tkivnem inženirstvu, je živalskega izvora in temelji na beljakovinah, vendar je biomaterial, ki ga je ustvarila skupna ekipa, izboljšan z inženirskimi peptidi. Zaradi tega je bolj uporaben v klinični praksi.

Dr. Ruel, profesor na oddelku za celično in molekularno medicino na Medicinski fakulteti Univerze v Ottawi in vodja raziskav na oddelku za srčno kirurgijo na Inštitutu za srce Univerze v Ottawi, meni, da bi lahko bile ugotovitve študije revolucionarne.

»Kljub tisočletjem evolucije ostaja človeški odziv na celjenje ran nepopoln,« pravi dr. Ruel. »Opažamo nenormalne brazgotine, od kožnih zarez do poškodb oči in popravila srca po srčnem infarktu. Dr. Alarcón, dr. Suuronen in ostali člani naše ekipe se s to težavo osredotočajo že skoraj dve desetletji. Članek dr. Alarcóna v reviji Advanced Functional Materials predstavlja nov način, kako narediti celjenje ran, celjenje organov in celo osnovno brazgotinjenje po operaciji veliko bolj terapevtsko obvladljivo in s tem optimizirano za zdravje ljudi.«

Sintetizirani peptidi za takojšnjo obnovo mehkih tkiv. Napredni funkcionalni materiali (2024). DOI: 10.1002/adfm.202402564

Dejansko je ključna sposobnost modulacije peptidnega biomateriala. Hidrogeli ekipe Univerze v Ottawi so zasnovani tako, da jih je mogoče prilagoditi, zaradi česar je trpežen material primeren za uporabo v širokem spektru tkiv. V bistvu je mogoče dvokomponentno recepturo prilagoditi za povečanje adhezivnosti ali zmanjšanje drugih komponent, odvisno od dela telesa, ki ga je treba popraviti.

»Zelo nas je presenetila paleta aplikacij, ki jih naši materiali lahko dosežejo,« pravi dr. Alarcon. »Naša tehnologija ponuja integrirano rešitev, ki je prilagojena glede na ciljno tkivo.«

Dr. Alarcon tudi ugotavlja, da te študije kažejo, da so terapevtski učinki biomimetičnih hidrogelov zelo učinkoviti in da je njihova uporaba bistveno enostavnejša in stroškovno učinkovitejša od drugih pristopov k regeneraciji.

Materiali so bili razviti z nizkimi stroški in v skalabilni obliki, kar je ključna lastnost za številne obsežne biomedicinske aplikacije. Ekipa je razvila tudi sistem hitrega presejanja, ki je znatno zmanjšal stroške razvoja in čas testiranja.

»To znatno zmanjšanje stroškov in časa ne le naredi naš material bolj ekonomsko upravičen, temveč tudi pospešuje njegov potencial za klinično uporabo,« pravi dr. Alarcon.

Kakšni so naslednji koraki raziskovalne skupine? Izvedli bodo obsežne poskuse na živalih v pripravah na testiranje na ljudeh. Do sedaj so bili poskusi na srcu in koži opravljeni na glodavcih, delo na roženici pa je bilo opravljeno ex vivo.