I ricercatori della Duke aiutano a sviluppare un biomateriale che migliora la guarigione della pelle

DURHAM – I ricercatori della Duke University e dell'Università della California, a Los Angeles, hanno sviluppato un biomateriale che riduce significativamente la formazione di cicatrici dopo la ferita, portando a una guarigione della pelle più efficace. Questo nuovo materiale, che si degrada rapidamente una volta che la ferita si è chiusa, dimostra che l’attivazione di una risposta immunitaria adattativa può innescare la guarigione rigenerativa della ferita, lasciando una pelle guarita più forte e più sana.

Questo lavoro si basa sulla precedente ricerca del team con scaffold di idrogel, che creano una struttura per supportare la crescita dei tessuti, accelerando la guarigione delle ferite. Nel loro nuovo studio, il team ha dimostrato che una versione modificata di questo idrogel attiva una risposta immunitaria rigenerativa, che può potenzialmente aiutare a guarire lesioni cutanee come ustioni, tagli, ulcere diabetiche e altre ferite che normalmente guariscono con cicatrici significative che sono più suscettibili a nuove lesioni. .

Questa ricerca appare online il 9 novembre 2020 sulla rivista Nature Materials.

"Il corpo forma tessuto cicatriziale il più velocemente possibile per ridurre la possibilità di infezione, per ridurre il dolore e, nelle ferite più grandi, per evitare la perdita di acqua attraverso l'evaporazione", ha affermato Maani Archang, uno dei primi autori dell'articolo e MD/PhD. studente nei laboratori Scumpia e Di Carlo dell'UCLA. "È un processo naturale di guarigione delle ferite."

Gli attuali idrogel per la guarigione delle ferite disponibili per uso clinico si trovano sulla superficie della ferita, dove agiscono come una medicazione e aiutano a prevenire la secchezza della ferita. Ciò a sua volta aiuta la ferita a guarire più velocemente, generalmente attraverso la formazione di cicatrici.

Nel loro articolo Nature Materials del 2015, il gruppo di ricerca, guidato da Tatiana Segura della Duke e Dino Di Carlo dell'UCLA, ha sviluppato idrogel di particelle ricotte microporose (MAP), che sono un biomateriale a base di microparticelle che può integrarsi nella ferita piuttosto che sedersi sulla pelle. superficie. Le sfere all'interno del gel MAP si collegano tra loro ma lasciano spazi aperti, creando una struttura porosa che fornisce un supporto alle cellule mentre crescono attraverso il sito della ferita. Quando la ferita si chiude, il gel si dissolve lentamente, lasciando la pelle guarita.

Sebbene gli idrogel MAP consentissero una rapida crescita cellulare e una riparazione più rapida, il team ha notato che la pelle guarita aveva strutture complesse limitate come follicoli piliferi e ghiandole sebacee. Il team era curioso di sapere se potevano alterare il loro biomateriale per migliorare la qualità della pelle guarita.

"In precedenza avevamo visto che quando la ferita iniziava a guarire, il gel MAP iniziava a perdere porosità, il che limitava il modo in cui il tessuto poteva crescere attraverso la struttura", afferma Don Griffin, assistente professore presso l'Università della Virginia che è il primo autore dell'articolo ed ex borsista post-dottorato presso il Segura Lab. "Abbiamo ipotizzato che rallentare il tasso di degradazione dell'impalcatura MAP impedirebbe la chiusura dei pori e fornirebbe ulteriore supporto al tessuto mentre cresce, migliorandone la qualità."

Invece di creare un gel completamente nuovo con nuovi materiali, il team si è invece concentrato sul legante chimico che permetteva all’impalcatura di essere scomposta naturalmente dal corpo. Nei loro gel MAP originali, questo collegamento chimico è composto da una sequenza di amminoacidi prelevata dalle proteine strutturali del corpo e disposta in un orientamento chimico chiamato chiralità L. Poiché questa sequenza e orientamento peptidico sono comuni in tutto il corpo, ciò aiuta il gel a evitare di innescare una forte risposta immunitaria, ma consente anche una pronta degradazione attraverso gli enzimi naturalmente presenti.

"Il nostro corpo si è evoluto per riconoscere e degradare questa struttura di amminoacidi, quindi abbiamo teorizzato che se capovolgessimo la struttura nella sua immagine speculare, che è la chiralità D, il corpo avrebbe più difficoltà a degradare l'impalcatura", ha detto Segura, un professore di ingegneria biomedica alla Duke. "Ma quando abbiamo inserito l'idrogel nella ferita di un topo, il gel aggiornato ha finito per fare esattamente l'opposto."

Il materiale aggiornato si è integrato nella ferita e ha sostenuto il tessuto mentre la ferita si chiudeva. Ma invece di durare più a lungo, il team ha scoperto che il nuovo gel era quasi completamente scomparso dal sito della ferita, lasciando dietro di sé solo poche particelle.

Tuttavia, la pelle guarita si è rivelata più forte e comprendeva strutture cutanee complesse che tipicamente sono assenti nelle cicatrici. Dopo ulteriori indagini, i ricercatori hanno scoperto che la ragione della guarigione più forte – nonostante la mancanza di longevità – era una diversa risposta immunitaria al gel.

Dopo una lesione cutanea, la risposta immunitaria innata del corpo viene immediatamente attivata per garantire che eventuali sostanze estranee che entrano nel corpo vengano rapidamente distrutte. Se le sostanze riescono a sfuggire a questa prima risposta immunitaria, entra in azione la risposta immunitaria adattativa del corpo, che identifica e prende di mira il materiale invasore con maggiore specificità.

Poiché il gel MAP originale è stato realizzato con la comune struttura del peptide L, ha generato una lieve risposta immunitaria innata. Ma quando il team ha inserito il gel riformulato in una ferita, la chiralità D estranea ha attivato il sistema immunitario adattivo, che ha creato anticorpi e cellule attivate, compresi i macrofagi, che hanno preso di mira ed eliminato il gel più rapidamente dopo la chiusura della ferita.

"Esistono due tipi di risposte immunitarie che possono verificarsi dopo un infortunio: una risposta distruttiva e una risposta rigenerativa più lieve", ha affermato Scumpia, assistente professore nella divisione di dermatologia presso l'UCLA Health e il West Los Angeles VA Medical Center. “Quando la maggior parte dei biomateriali viene immessa nel corpo, viene bloccata dal sistema immunitario e alla fine viene degradata o distrutta. Ma in questo studio, la risposta immunitaria al gel ha indotto una risposta rigenerativa nel tessuto guarito”.

“Questo studio ci mostra che l’attivazione del sistema immunitario può essere utilizzata per spostare l’equilibrio tra la guarigione delle ferite, dalla distruzione dei tessuti e la formazione di cicatrici alla riparazione dei tessuti e alla rigenerazione della pelle”, ha affermato Segura.

Lavorando con Maksim Plikus, un esperto di tessuti rigenerativi dell’Università della California, Irvine, il team ha anche confermato che le strutture chiave, come i follicoli piliferi e le ghiandole sebacee, si stavano formando correttamente sullo scaffold. Quando il team ha approfondito il meccanismo, ha scoperto che le cellule del sistema immunitario adattativo sono necessarie per questa risposta rigenerativa.

Mentre il team continua a studiare la risposta immunitaria rigenerativa al gel, sta anche esplorando la possibilità di utilizzare il nuovo idrogel MAP come piattaforma immunomodulante. “Il team sta ora esplorando il modo migliore per rilasciare segnali immunitari dal gel per indurre la rigenerazione della pelle o sviluppare l’idrogel come piattaforma vaccinale”, ha affermato Scumpia.

“Sono entusiasta della possibilità di progettare materiali che possano interagire direttamente con il sistema immunitario per supportare la rigenerazione dei tessuti”, ha affermato Segura. “Questo è un nuovo approccio per noi.”

Questo lavoro è stato sostenuto dal National Institutes of Health (F32EB018713-01A1, T32-GM008042, U01AR073159), The National Science Foundation (DMS1763272), Simons Foundation Grants (594598, QN, R01NS094599, R01HL110592, R03AR073940, K08AR066). 545), il Pew Charitable Trust e la Fondazione LEO.

Donald Griffin, Westbrook Weaver, Dino Di Carlo, Tatiana Segura e Philip Scumpia hanno un interesse finanziario in Tempo Therapeutics, che mira a commercializzare la tecnologia MAP.

CITAZIONE: "L'attivazione di una risposta immunitaria adattiva da un'impalcatura di idrogel favorisce la guarigione rigenerativa delle ferite", 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. Materiali naturali, 2020. 10.1038/s41563-020-00844-w

(C) Università Duke

Fonte articolo originale: WRAL TechWire