חוקרי דיוק עוזרים לפתח חומר ביולוגי המשפר את ריפוי העור

DURHAM – חוקרים מאוניברסיטת דיוק ואוניברסיטת קליפורניה, לוס אנג'לס, פיתחו חומר ביולוגי שמפחית באופן משמעותי את היווצרות הצלקת לאחר פצע, מה שמוביל לריפוי עור יעיל יותר. החומר החדש הזה, שמתכלה במהירות לאחר סגירת הפצע, מדגים שהפעלת תגובה חיסונית אדפטיבית יכולה לעורר ריפוי פצעים רגנרטיבי, ולהשאיר אחריו עור נרפא חזק ובריא יותר.

עבודה זו מתבססת על מחקרים קודמים של הצוות עם פיגומי הידרוג'ל, היוצרים מבנה לתמיכה בצמיחת רקמות, ומאיץ ריפוי פצעים. במחקר החדש שלהם, הצוות הראה כי גרסה שונה של הידרוג'ל זה מפעילה תגובה חיסונית מתחדשת, שיכולה לסייע בריפוי פציעות עור כמו כוויות, חתכים, כיבים סוכרתיים ופצעים אחרים שבדרך כלל נרפאים עם צלקות משמעותיות הרגישות יותר לפציעה חוזרת. .

מחקר זה מופיע באינטרנט ב-9 בנובמבר 2020 בכתב העת Nature Materials.

"הגוף יוצר רקמת צלקת מהר ככל האפשר כדי להפחית את הסיכוי לזיהום, להפחית כאב, ובפצעים גדולים יותר, כדי למנוע איבוד מים באמצעות אידוי", אמרה מעני ארצ'אנג, מחברת ראשונה בעיתון וד"ר/דוקטורט. סטודנט במעבדות Scumpia ודי קרלו ב-UCLA. "זה תהליך טבעי של ריפוי פצעים."

הידרוג'לים נוכחיים לריפוי פצעים הזמינים לשימוש קליני יושבים על פני הפצע, שם הם פועלים כחבישה ומסייעים במניעת התייבשות הפצע. זה בתורו עוזר לפצע להחלים מהר יותר, בדרך כלל באמצעות היווצרות צלקת.

במאמרם ב-2015 Nature Materials, צוות המחקר, בסיוע טטיאנה סגורה של הדוכס ודינו די קרלו מאוניברסיטת UCLA, פיתח הידרוג'לים של חלקיקים מיקרו-נקבים (MAP), שהם חומר ביולוגי מבוסס מיקרו-חלקיקים שיכול להשתלב בפצע במקום לשבת על העור. משטח. החרוזים בתוך הג'ל MAP מתחברים זה לזה אך משאירים חללים פתוחים, ויוצרים מבנה נקבובי המספק תמיכה לתאים כשהם גדלים על פני מקום הפצע. עם סגירת הפצע, הג'ל מתמוסס באיטיות ומשאיר אחריו עור נרפא.

למרות שהידרוג'לים של MAP אפשרו צמיחה תאית מהירה ותיקון מהיר יותר, הצוות שם לב שלעור הנרפא היו מבנים מורכבים מוגבלים כמו זקיקי שיער ובלוטות חלב. הצוות היה סקרן אם הם יכולים לשנות את החומר הביולוגי שלהם כדי לשפר את איכות העור הנרפא.

"בעבר ראינו שכשהפצע החל להחלים, הג'ל של MAP התחיל לאבד נקבוביות, מה שהגביל את האופן שבו הרקמה יכולה לצמוח דרך המבנה", אומר דון גריפין, עוזר פרופסור באוניברסיטת וירג'יניה שהוא הראשון מחבר העיתון ועמית פוסט-דוקטורט לשעבר במעבדת סגורה. "השערנו שהאטת קצב הפירוק של פיגום ה-MAP תמנע את סגירת הנקבוביות ותספק תמיכה נוספת לרקמה כשהיא גדלה, מה שישפר את איכות הרקמה."

במקום ליצור ג'ל חדש לגמרי עם חומרים חדשים, הצוות במקום זאת התמקד במקשר הכימי שאיפשר פירוק טבעי של הפיגום על ידי הגוף. בג'לים המקוריים של MAP, מקשר כימי זה מורכב מרצף חומצות אמינו שנלקח מהחלבונים המבניים של הגוף עצמו ומסודר באוריינטציה כימית הנקראת L chirality. מכיוון שהרצף והכיוון של הפפטידים נפוצים בכל הגוף, הדבר עוזר לג'ל להימנע מהפעלת תגובה חיסונית חזקה, אך הוא גם מאפשר פירוק מוכן באמצעות אנזימים הנמצאים באופן טבעי.

"הגוף שלנו התפתח לזהות ולפרק את מבנה חומצת האמינו הזה, אז חשבנו שאם נהפוך את המבנה לתמונת המראה שלו, שהיא כיראליות D, לגוף יהיה קשה יותר להשפיל את הפיגום", אמר סגורה, פרופסור של הנדסה ביו-רפואית ב-Duke. "אבל כשהכנסנו את ההידרוג'ל לפצע בעכבר, הג'ל המעודכן עשה בדיוק את ההיפך."

החומר המעודכן השתלב בפצע ותמך ברקמה עם סגירת הפצע. אבל במקום להחזיק מעמד זמן רב יותר, הצוות גילה שהג'ל החדש נעלם כמעט לחלוטין ממקום הפצע, והותיר אחריו רק כמה חלקיקים.

עם זאת, העור הנרפא התברר כחזק יותר וכלל מבני עור מורכבים שבדרך כלל נעדרים בצלקות. לאחר חקירה נוספת, החוקרים גילו שהסיבה לריפוי החזק יותר - למרות היעדר אריכות ימים - הייתה תגובה חיסונית שונה לג'ל.

לאחר פציעה בעור, התגובה החיסונית המולדת של הגוף מופעלת מיד על מנת להבטיח שכל חומר זר שנכנס לגוף ייהרס במהירות. אם חומרים יכולים להימלט מהתגובה החיסונית הראשונה הזו, התגובה החיסונית ההסתגלותית של הגוף מתחילה, המזהה ומכוונת את החומר הפולש בצורה ספציפית יותר.

מכיוון שג'ל MAP המקורי נוצר עם מבנה פפטיד L הנפוץ, הוא יצר תגובה חיסונית מולדת קלה. אבל כשהצוות הניח את הג'ל המנוסח מחדש לתוך פצע, כיראליות D הזרה הפעילה את המערכת החיסונית האדפטיבית, שיצרה נוגדנים והפעילו תאים כולל מקרופאגים שכוונו וניקו את הג'ל מהר יותר לאחר סגירת הפצע.

"ישנם שני סוגים של תגובות חיסוניות שיכולות להתרחש לאחר פציעה - תגובה הרסנית ותגובה מתחדשת מתונה יותר", אמר Scumpia, עוזר פרופסור בחטיבה לרפואת עור ב-UCLA Health ובמרכז הרפואי West Los Angeles VA. "כאשר רוב החומרים הביולוגיים מונחים בגוף, הם מוקפים בחומה על ידי המערכת החיסונית ובסופו של דבר מתכלים או נהרסים. אבל במחקר הזה, התגובה החיסונית לג'ל גרמה לתגובה רגנרטיבית ברקמה שנרפאה".

"מחקר זה מראה לנו שניתן להשתמש בהפעלת מערכת החיסון כדי להטות את האיזון של ריפוי פצעים מהרס רקמות והיווצרות צלקות לתיקון רקמות והתחדשות העור", אמר סגורה.

בעבודה עם מקסים פליקוס, מומחה לרקמות מתחדשות מאוניברסיטת קליפורניה, אירווין, הצוות אישר גם שמבנים מרכזיים, כמו זקיקי שיער ובלוטות חלב, נוצרו בצורה נכונה מעל הפיגום. כשהצוות חפר במנגנון, הם גילו שתאי מערכת החיסון האדפטיבית נדרשים לתגובה רגנרטיבית זו.

כשהצוות ממשיך לחקור את התגובה החיסונית המתחדשת לג'ל שלהם, הם גם בוחנים את האפשרות להשתמש ב-MAP הידרוג'ל החדש כפלטפורמה אימונומודולטורית. "הצוות בוחן כעת את הדרך הטובה ביותר לשחרר אותות חיסוניים מהג'ל כדי לגרום להתחדשות העור או לפתח את ההידרוג'ל כפלטפורמת חיסון", אמר Scumpia.

"אני נרגש מהאפשרות לעצב חומרים שיכולים ליצור אינטראקציה ישירה עם המערכת החיסונית כדי לתמוך בהתחדשות רקמות" אמר סגורה. "זו גישה חדשה עבורנו."

עבודה זו נתמכה על ידי המכון הלאומי לבריאות (F32EB018713-01A1, T32-GM008042, U01AR073159), הקרן הלאומית למדע (DMS1763272), מענקי קרן סימונס (594598, QN, R01NS0942599, R6005, K0805, R6009, K0805, R605AR, R605AR, R605AR, R605AR, R605AR, R605AR, R6005, R6005, R605, R605, R605, R605, R605, R605, R605, R605, R605, R605, 545), ארגון הצדקה Pew אמון וקרן LEO.

לדונלד גריפין, ווסטברוק וויבר, דינו די קרלו, טטיאנה סגורה ופיליפ סקומפיה יש עניין פיננסי ב-Tempo Therapeutics, שמטרתה למסחר את טכנולוגיית MAP.

ציטוט: "הפעלת תגובה חיסונית מסתגלת מפיגום הידרוג'ל מקנה ריפוי פצעים רגנרטיבי", דונלד גריפין, מאאני ארצ'אנג, צ'ן קואן, ווסטברוק וויבר, ג'ייסון ויינשטיין, An Chieh Feng, Amber Rucia, Elias Sideris, Vasileios Ragkousis, Jaekyung Koh, Maksim פליקוס, דינו די קרלו, טטיאנה סגורה, פיליפ סקומפיה. Nature Materials, 2020. 10.1038/s41563-020-00844-w

(ג) אוניברסיטת דיוק

מקור המאמר המקורי: WRAL TechWire