Duken tutkijat auttavat kehittämään biomateriaalia, joka parantaa ihon paranemista

DURHAM – Duken yliopiston ja Los Angelesin Kalifornian yliopiston tutkijat ovat kehittäneet biomateriaalin, joka vähentää merkittävästi arpien muodostumista haavan jälkeen, mikä johtaa tehokkaampaan ihon paranemiseen. Tämä uusi materiaali, joka hajoaa nopeasti haavan sulkeutumisen jälkeen, osoittaa, että adaptiivisen immuunivasteen aktivoiminen voi laukaista haavan regeneratiivisen paranemisen jättäen jälkeensä vahvemman ja terveemmän parantuneen ihon.

Tämä työ perustuu ryhmän aiempaan tutkimukseen hydrogeelitelineillä, jotka luovat kudoksen kasvua tukevan rakenteen ja nopeuttavat haavan paranemista. Uudessa tutkimuksessaan ryhmä osoitti, että tämän hydrogeelin muunneltu versio aktivoi regeneratiivisen immuunivasteen, joka voi mahdollisesti auttaa parantamaan ihovaurioita, kuten palovammoja, viiltohaavoja, diabeettisia haavaumia ja muita haavoja, jotka normaalisti paranevat merkittävillä arpeilla, jotka ovat alttiimpia uudelleenvaurioille. .

Tämä tutkimus ilmestyy verkossa 9.11.2020 Nature Materials -lehdessä.

"Keho muodostaa arpikudosta mahdollisimman nopeasti vähentääkseen infektion mahdollisuutta, vähentääkseen kipua ja suuremmissa haavoissa välttääkseen veden haihtumisen kautta", sanoi Maani Archang, paperin ensimmäinen kirjoittaja ja lääketieteen tohtori. opiskelija Scumpian ja Di Carlon laboratorioissa UCLA:ssa. "Se on luonnollinen haavan paranemisprosessi."

Nykyiset kliiniseen käyttöön saatavilla olevat haavaa parantavat hydrogeelit asettuvat haavan pinnalle, jossa ne toimivat sidoksena ja auttavat estämään haavan kuivumista. Tämä puolestaan auttaa haavaa paranemaan nopeammin, yleensä arpien muodostumisen kautta.

Vuoden 2015 Nature Materials -paperissaan tutkimusryhmä, jota ohjasivat Duken Tatiana Segura ja UCLA:n Dino Di Carlo, kehittivät mikrohuokoisia hehkutettuja hiukkasia (MAP) hydrogeelejä, jotka ovat mikrohiukkaspohjaisia biomateriaaleja, jotka voivat integroitua haavaan sen sijaan, että se istuisi iholla. pinta. MAP-geelissä olevat helmet liittyvät toisiinsa, mutta jättävät avoimia tiloja luoden huokoisen rakenteen, joka tukee soluja niiden kasvaessa haavakohdan poikki. Kun haava sulkeutuu, geeli liukenee hitaasti jättäen jälkeensä parantuneen ihon.

Vaikka MAP-hydrogeelit mahdollistivat nopean solujen kasvun ja nopeamman korjauksen, tiimi huomasi, että parantuneella iholla oli rajalliset monimutkaiset rakenteet, kuten karvatupet ja talirauhaset. Ryhmä oli utelias, voisivatko he muuttaa biomateriaaliaan parantaakseen parantuneen ihon laatua.

"Olimme aiemmin nähneet, että haavan parantuessa MAP-geeli alkoi menettää huokoisuuttaan, mikä rajoitti kudoksen kasvua rakenteen läpi", sanoo Don Griffin, Virginian yliopiston apulaisprofessori, joka on ensimmäinen kirjoittaja paperilla ja entinen tutkijatohtori Segura Labissa. "Oletimme, että MAP-telineen hajoamisnopeuden hidastaminen estäisi huokosten sulkeutumisen ja tarjoaisi lisätukea kudokselle sen kasvaessa, mikä parantaisi kudoksen laatua."

Sen sijaan, että olisi luotu kokonaan uusi geeli uusilla materiaaleilla, tiimi keskittyi sen sijaan kemialliseen linkkeriin, joka mahdollisti telineen luonnollisen hajoamisen kehon toimesta. Alkuperäisissä MAP-geeleissä tämä kemiallinen linkkeri koostuu aminohapposekvenssistä, joka on otettu kehon omista rakenneproteiineista ja järjestetty kemialliseen orientaatioon nimeltä L-kiraalisuus. Koska tämä peptidisekvenssi ja suuntautuminen ovat yleisiä kaikkialla kehossa, tämä auttaa geeliä välttämään voimakkaan immuunivasteen laukaisemisen, mutta se mahdollistaa myös nopean hajoamisen luonnollisesti läsnä olevien entsyymien kautta.

"Kehomme on kehittynyt tunnistamaan ja hajottamaan tämän aminohapporakenteen, joten teoriassamme, että jos kääntäisimme rakenteen peilikuvaksi, joka on D-kiraalisuus, kehon olisi vaikeampi hajottaa rakennusteline", sanoi professori Segura. biolääketieteen tekniikan tutkija Dukessa. "Mutta kun laitoimme hydrogeelin hiiren haavaan, päivitetty geeli teki juuri päinvastoin."

Päivitetty materiaali integroitui haavaan ja tuki kudosta haavan sulkeutuessa. Mutta sen sijaan, että se olisi kestänyt pidempään, tiimi havaitsi, että uusi geeli oli kadonnut lähes kokonaan haavan kohdasta jättäen jälkeensä vain muutaman hiukkasen.

Parantunut iho osoittautui kuitenkin vahvemmaksi ja sisälsi monimutkaisia ihorakenteita, jotka tyypillisesti puuttuvat arpeista. Lisätutkimuksen jälkeen tutkijat havaitsivat, että syy voimakkaampaan paranemiseen - pitkäikäisyydestä huolimatta - oli erilainen immuunivaste geelille.

Ihovaurion jälkeen kehon luontainen immuunivaste aktivoituu välittömästi, jotta varmistetaan, että kaikki kehoon pääsevät vieraat aineet tuhoutuvat nopeasti. Jos aineet pääsevät pakoon tästä ensimmäisestä immuunivasteesta, kehon adaptiivinen immuunivaste käynnistyy, mikä tunnistaa ja kohdistaa tunkeutuvan materiaalin spesifisemmin.

Koska alkuperäinen MAP-geeli valmistettiin yhteisellä L-peptidirakenteella, se synnytti lievän synnynnäisen immuunivasteen. Mutta kun ryhmä laittoi uudelleen formuloidun geelin haavaan, vieras D-kiraalisuus aktivoi adaptiivisen immuunijärjestelmän, joka loi vasta-aineita ja aktivoi soluja, mukaan lukien makrofageja, jotka kohdistaivat geelin ja poistivat geelin nopeammin haavan sulkeuduttua.

"On olemassa kahdenlaisia immuunivasteita, joita voi esiintyä vamman jälkeen - tuhoava vaste ja lievempi regeneratiivinen vaste", sanoi Scumpia, apulaisprofessori UCLA Healthin ja West Los Angeles VA Medical Centerin ihotautiosastosta. "Kun suurin osa biomateriaaleista asetetaan kehoon, immuunijärjestelmä sulkee ne ja lopulta hajoaa tai tuhoutuu. Mutta tässä tutkimuksessa immuunivaste geelille aiheutti regeneratiivisen vasteen parantuneessa kudoksessa.

"Tämä tutkimus osoittaa meille, että immuunijärjestelmän aktivointia voidaan käyttää tasapainottamaan haavan paranemista kudosten tuhoutumisesta ja arpien muodostumisesta kudosten korjaamiseen ja ihon uusiutumiseen", Segura sanoi.

Työskentelyssä Kalifornian yliopiston Irvinen regeneratiivisten kudosten asiantuntijan Maksim Plikusin kanssa tiimi vahvisti myös, että keskeiset rakenteet, kuten karvatupet ja talirauhaset, muodostuivat oikein telineen päälle. Kun ryhmä kaivautui mekanismiin, he havaitsivat, että adaptiivisen immuunijärjestelmän soluja tarvitaan tähän regeneratiiviseen vasteeseen.

Samalla kun tiimi jatkaa regeneratiivisen immuunivasteen tutkimista geelilleen, he tutkivat myös mahdollisuutta käyttää uutta MAP-hydrogeeliä immunomoduloivana alustana. "Tiimi tutkii nyt parasta tapaa vapauttaa immuunisignaaleja geelistä ihon uudistumisen aikaansaamiseksi tai hydrogeelin kehittämiseksi rokotealustaksi", Scumpia sanoi.

"Olen innoissani mahdollisuudesta suunnitella materiaaleja, jotka voivat olla suoraan vuorovaikutuksessa immuunijärjestelmän kanssa kudosten uudistumisen tukemiseksi", sanoi Segura. "Tämä on meille uusi lähestymistapa."

Tätä työtä ovat tukeneet National Institutes of Health (F32EB018713-01A1, T32-GM008042, U01AR073159), National Science Foundation (DMS1763272), Simons Foundation Grants (594598, QN, R01NS094599, R01NS094599, R01NS094599, R01NS094599, R01NS094599, R01NS094599, R06AR07, R06AR07, R06,3 545), Pew Charitable Trust ja LEO Foundation.

Donald Griffin, Westbrook Weaver, Dino Di Carlo, Tatiana Segura ja Philip Scumpia ovat taloudellisesti kiinnostuneita Tempo Therapeuticsista, jonka tavoitteena on kaupallistaa MAP-tekniikkaa.

SITEAN: "Adaptiivisen immuunivasteen aktivointi hydrogeelitelineen avulla parantaa haavan uudistumista", Donald Griffin, Maani Archang, Chen Kuan, Westbrook Weaver, Jason Weinstein, An Chieh Feng, Amber Ruccia, Elias Sideris, Vasileios Ragkousis, Maksim Jaekyung Plikus, Dino Di Carlo, Tatiana Segura, Philip Scumpia. Nature Materials, 2020. 10.1038/s41563-020-00844-w

(C) Duken yliopisto

Alkuperäinen artikkelin lähde: WRAL TechWire