Los investigadores de Duke ayudan a desarrollar un biomaterial que mejora la curación de la piel

DURHAM – Investigadores de la Universidad de Duke y la Universidad de California en Los Ángeles han desarrollado un biomaterial que reduce significativamente la formación de cicatrices después de una herida, lo que conduce a una curación de la piel más eficaz. Este nuevo material, que se degrada rápidamente una vez que la herida se ha cerrado, demuestra que la activación de una respuesta inmune adaptativa puede desencadenar la curación regenerativa de la herida, dejando una piel curada más fuerte y saludable.

Este trabajo se basa en investigaciones anteriores del equipo con estructuras de hidrogel, que crean una estructura para apoyar el crecimiento del tejido, acelerando la curación de heridas. En su nuevo estudio, el equipo demostró que una versión modificada de este hidrogel activa una respuesta inmune regenerativa, que potencialmente puede ayudar a curar lesiones de la piel como quemaduras, cortes, úlceras diabéticas y otras heridas que normalmente curan con cicatrices importantes que son más susceptibles a volver a lesionarse. .

Esta investigación aparece en línea el 9 de noviembre de 2020 en la revista Nature Materials.

"El cuerpo forma tejido cicatricial lo más rápido posible para reducir la posibilidad de infección, reducir el dolor y, en heridas más grandes, evitar la pérdida de agua por evaporación", dijo Maani Archang, primer autor del artículo y MD/PhD. Estudiante en los laboratorios Scumpia y Di Carlo de UCLA. "Es un proceso natural de curación de heridas".

Los hidrogeles curativos de heridas actuales disponibles para uso clínico se asientan en la superficie de la herida, donde actúan como un apósito y ayudan a evitar que la herida se seque. Esto, a su vez, ayuda a que la herida sane más rápido, generalmente mediante la formación de cicatrices.

En su artículo Nature Materials de 2015, el equipo de investigación, dirigido por Tatiana Segura de Duke y Dino Di Carlo de UCLA, desarrolló hidrogeles de partículas recocidas microporosas (MAP), que son un biomaterial basado en micropartículas que puede integrarse en la herida en lugar de asentarse sobre la piel. superficie. Las perlas dentro del gel MAP se unen pero dejan espacios abiertos, creando una estructura porosa que proporciona soporte a las células a medida que crecen en el sitio de la herida. A medida que la herida se cierra, el gel se disuelve lentamente, dejando piel curada.

Aunque los hidrogeles MAP permitieron un rápido crecimiento celular y una reparación más rápida, el equipo notó que la piel curada tenía estructuras complejas limitadas como folículos pilosos y glándulas sebáceas. El equipo tenía curiosidad por saber si podrían alterar su biomaterial para mejorar la calidad de la piel curada.

"Anteriormente habíamos visto que a medida que la herida comenzaba a sanar, el gel MAP comenzaba a perder porosidad, lo que limitaba la forma en que el tejido podía crecer a través de la estructura", dice Don Griffin, profesor asistente de la Universidad de Virginia que es el primero en autor del artículo y ex becario postdoctoral en el Laboratorio Segura. "Presumimos que ralentizar la tasa de degradación de la estructura MAP evitaría que los poros se cerraran y proporcionaría soporte adicional al tejido a medida que crece, lo que mejoraría la calidad del tejido".

En lugar de crear un gel completamente nuevo con nuevos materiales, el equipo se centró en el conector químico que permitió que el cuerpo descompusiera naturalmente el andamio. En sus geles MAP originales, este conector químico está compuesto por una secuencia de aminoácidos extraída de las proteínas estructurales del propio cuerpo y dispuesta en una orientación química llamada quiralidad L. Debido a que esta secuencia y orientación de péptidos es común en todo el cuerpo, esto ayuda al gel a evitar desencadenar una fuerte respuesta inmune, pero también permite una fácil degradación a través de enzimas presentes de forma natural.

"Nuestro cuerpo ha evolucionado para reconocer y degradar esta estructura de aminoácidos, por lo que teorizamos que si invirtiéramos la estructura a su imagen especular, que es la quiralidad D, al cuerpo le resultaría más difícil degradar el andamio", dijo Segura, profesor de ingeniería biomédica en Duke. "Pero cuando colocamos el hidrogel en la herida de un ratón, el gel actualizado terminó haciendo exactamente lo contrario".

El material actualizado se integró en la herida y sostuvo el tejido mientras la herida se cerraba. Pero en lugar de durar más, el equipo descubrió que el nuevo gel había desaparecido casi por completo del sitio de la herida, dejando solo unas pocas partículas.

Sin embargo, la piel curada resultó ser más fuerte e incluía estructuras cutáneas complejas que normalmente están ausentes en las cicatrices. Después de más investigaciones, los investigadores descubrieron que la razón de la curación más fuerte, a pesar de la falta de longevidad, era una respuesta inmune diferente al gel.

Después de una lesión en la piel, la respuesta inmune innata del cuerpo se activa inmediatamente para garantizar que cualquier sustancia extraña que ingrese al cuerpo se destruya rápidamente. Si las sustancias pueden escapar de esta primera respuesta inmune, se activa la respuesta inmune adaptativa del cuerpo, que identifica y ataca el material invasor con más especificidad.

Debido a que el gel MAP original se elaboró con la estructura del péptido L común, generó una respuesta inmune innata leve. Pero cuando el equipo colocó el gel reformulado en una herida, la quiralidad D extraña activó el sistema inmunológico adaptativo, que creó anticuerpos y activó células, incluidos los macrófagos, que atacaron y eliminaron el gel más rápidamente después de que se cerró la herida.

"Hay dos tipos de respuestas inmunes que pueden ocurrir después de una lesión: una respuesta destructiva y una respuesta regenerativa más leve", dijo Scumpia, profesora asistente en la división de dermatología de UCLA Health y el Centro Médico VA del Oeste de Los Ángeles. “Cuando la mayoría de los biomateriales se colocan en el cuerpo, el sistema inmunológico los bloquea y eventualmente se degradan o destruyen. Pero en este estudio, la respuesta inmune al gel indujo una respuesta regenerativa en el tejido curado”.

"Este estudio nos muestra que la activación del sistema inmunológico se puede utilizar para inclinar el equilibrio de la curación de heridas desde la destrucción del tejido y la formación de cicatrices hasta la reparación del tejido y la regeneración de la piel", dijo Segura.

Trabajando con Maksim Plikus, un experto en tejidos regenerativos de la Universidad de California en Irvine, el equipo también confirmó que estructuras clave, como los folículos pilosos y las glándulas sebáceas, se estaban formando correctamente sobre el andamio. Cuando el equipo profundizó en el mecanismo, descubrió que las células del sistema inmunológico adaptativo son necesarias para esta respuesta regenerativa.

Mientras el equipo continúa estudiando la respuesta inmune regenerativa a su gel, también están explorando la posibilidad de utilizar el nuevo hidrogel MAP como plataforma inmunomoduladora. "El equipo ahora está explorando la mejor manera de liberar señales inmunes del gel para inducir la regeneración de la piel o desarrollar el hidrogel como plataforma de vacuna", dijo Scumpia.

“Estoy entusiasmado con la posibilidad de diseñar materiales que puedan interactuar directamente con el sistema inmunológico para apoyar la regeneración de tejidos”, dijo Segura. "Este es un nuevo enfoque para nosotros".

Este trabajo fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud (F32EB018713-01A1, T32-GM008042, U01AR073159), la Fundación Nacional de Ciencias (DMS1763272), las subvenciones de la Fundación Simons (594598, QN, R01NS094599, R01HL110592, R03AR073940, K08AR06654 5), la organización benéfica Pew Trust y la Fundación LEO.

Donald Griffin, Westbrook Weaver, Dino Di Carlo, Tatiana Segura y Philip Scumpia tienen un interés financiero en Tempo Therapeutics, cuyo objetivo es comercializar la tecnología MAP.

CITA: “La activación de una respuesta inmune adaptativa a partir de un andamio de hidrogel imparte curación regenerativa de las heridas”, Donald Griffin, Maani Archang, Chen Kuan, Westbrook Weaver, Jason Weinstein, An Chieh Feng, Amber Ruccia, Elias Sideris, Vasileios Ragkousis, Jaekyung Koh, Maksim Plikus, Dino Di Carlo, Tatiana Segura, Philip Scumpia. Materiales naturales, 2020. 10.1038/s41563-020-00844-w

(C) Universidad de Duke

Fuente del artículo original: WRAL TechWire