デュークの研究者が皮膚の治癒を改善する生体材料の開発を支援
発行日:ダーラム – デューク大学とカリフォルニア大学ロサンゼルス校の研究者は、創傷後の瘢痕形成を大幅に軽減し、より効果的な皮膚治癒につながる生体材料を開発しました。この新しい素材は、傷が閉じるとすぐに分解するため、適応免疫反応の活性化により傷の再生治癒が引き起こされ、より強くて健康な治癒皮膚が残ることが実証されています。
この研究は、組織の成長をサポートする構造を作成し、創傷治癒を促進するヒドロゲル足場を用いたチームの以前の研究に基づいています。研究チームは新しい研究で、このヒドロゲルの改良型が再生免疫反応を活性化し、火傷、切り傷、糖尿病性潰瘍、その他通常は再傷害を受けやすい重大な瘢痕で治癒する皮膚傷害の治癒に役立つ可能性があることを示した。 。
この研究は、2020 年 11 月 9 日にオンライン雑誌 Nature Materials に掲載されます。
「体は、感染の可能性を減らし、痛みを軽減するため、また、大きな傷の場合は蒸発による水分の損失を避けるために、できるだけ早く瘢痕組織を形成します」と、この論文の筆頭著者で医学博士のマーニ・アーチャン氏は述べた。 UCLAのスクンピア研究室とディカルロ研究室の学生。 「これは傷が治癒する自然なプロセスです。」
現在臨床使用可能な創傷治癒ヒドロゲルは、創傷の表面に位置し、包帯として機能し、創傷の乾燥を防ぎます。これにより、一般に瘢痕形成を通じて傷の治りが早くなります。
2015年のNature Materials論文では、デューク大学のタチアナ・セグラ氏とUCLAのディノ・ディ・カルロ氏が率いる研究チームは、皮膚の上に留まるのではなく創傷に統合できる微粒子ベースの生体材料である微孔性アニール粒子（MAP）ヒドロゲルを開発した。表面。 MAP ゲル内のビーズは相互に結合しますが、開いた空間を残し、創傷部位全体で細胞が成長する際に細胞をサポートする多孔質構造を形成します。傷が閉じるにつれて、ジェルはゆっくりと溶解し、治癒した皮膚が残ります。
MAP ハイドロゲルは細胞の急速な成長と修復の促進を可能にしましたが、研究チームは、治癒した皮膚には毛包や皮脂腺などの複雑な構造が限られていることに気づきました。研究チームは、治癒した皮膚の質を改善するために生体材料を変更できるかどうかに興味を持っていました。
「創傷が治癒し始めると、MAPゲルの多孔性が失われ始め、組織が構造内で成長する方法が制限されることが以前に観察されていました」と、バージニア大学の助教授で初の研究者であるドン・グリフィンは言う。論文の著者であり、セグラ研究室の元博士研究員でもあります。 「私たちは、MAP足場の分解速度を遅くすることで、孔が閉じるのを防ぎ、成長する組織をさらにサポートし、組織の品質を向上させるだろうと仮説を立てました。」
研究チームは、新しい材料を使用してまったく新しいゲルを作成するのではなく、足場が身体によって自然に分解されるようにする化学リンカーに焦点を当てました。オリジナルの MAP ゲルでは、この化学リンカーは、身体自身の構造タンパク質から取得され、L キラリティーと呼ばれる化学的方向に配置されたアミノ酸配列で構成されています。このペプチド配列と配向は体全体に共通しているため、ゲルが強い免疫反応を引き起こすのを避けるのに役立ちますが、天然に存在する酵素による容易な分解も可能にします。
「私たちの体は、このアミノ酸構造を認識し、分解するように進化してきました。そのため、この構造をその鏡像、つまりDキラリティーに反転させれば、体は足場を分解するのがより困難になるだろうという理論を立てました」とセグラ教授は語った。デューク大学で生体医工学の博士号を取得。 「しかし、ヒドロゲルをマウスの傷に注入したところ、最新のゲルはまったく逆の結果をもたらしました。」
最新の素材は創傷に統合され、創傷が閉じるときに組織をサポートしました。しかし研究チームは、新しいゲルが長く持続する代わりに、創傷部位からほぼ完全に消失し、わずか数個の粒子が残っただけであることを発見しました。
しかし、治癒した皮膚はより強くなり、通常は傷跡には存在しない複雑な皮膚構造が含まれていることが判明しました。さらなる調査の結果、研究者らは、寿命が短いにもかかわらず、より強力な治癒の理由は、ゲルに対する異なる免疫反応であることを発見しました。
皮膚損傷後は、体内に侵入した異物を迅速に破壊するために、体の自然免疫反応が直ちに活性化されます。物質がこの最初の免疫反応を回避できれば、体の適応免疫反応が作動し、侵入物質をより特異的に識別して標的にします。
オリジナルの MAP ゲルは一般的な L ペプチド構造で作られているため、穏やかな自然免疫応答が生成されました。しかし、研究チームが再配合したゲルを創傷に配置すると、外来の D キラリティーが適応免疫系を活性化し、抗体が生成され、創傷が閉じた後より迅速にゲルを標的にして除去するマクロファージなどの細胞が活性化されました。
「損傷後に発生する可能性のある免疫反応には、破壊反応とより穏やかな再生反応の 2 種類があります」と、UCLA ヘルスおよびウエスト ロサンゼルス VA メディカル センターの皮膚科の助教授であるスクンピア氏は述べています。 「ほとんどの生体材料は体内に置かれると、免疫システムによって壁に隔てられ、最終的には分解または破壊されます。しかし、この研究では、ゲルに対する免疫反応が治癒した組織の再生反応を誘発しました。」
「この研究は、免疫システムの活性化を利用して、組織の破壊と瘢痕形成から組織の修復と皮膚の再生までの創傷治癒のバランスを傾けることができることを示しています」とセグラ氏は述べた。
カリフォルニア大学アーバイン校の再生組織専門家であるマクシム・プリクス氏と協力して、チームは毛包や皮脂腺などの重要な構造が足場上に正しく形成されていることも確認した。研究チームがそのメカニズムを詳しく調べたところ、この再生反応には適応免疫系の細胞が必要であることがわかりました。
研究チームはゲルに対する再生免疫応答の研究を続ける一方で、新しい MAP ハイドロゲルを免疫調節プラットフォームとして使用する可能性も模索しています。 「研究チームは現在、皮膚の再生を誘導したり、ワクチンプラットフォームとしてハイドロゲルを開発したりするために、ゲルから免疫シグナルを放出する最良の方法を模索中です」とスカンピア氏は語った。
「組織の再生をサポートするために免疫系と直接相互作用できる材料を設計できる可能性に興奮しています」とセグラ氏は語った。 「これは私たちにとって新しいアプローチです。」
この研究は、国立衛生研究所 (F32EB018713-01A1、T32-GM008042、U01AR073159)、国立科学財団 (DMS1763272)、サイモンズ財団助成金 (594598、QN、R01NS094599、R01HL110592、R03AR073940、K08AR) によって支援されました。 066545)、ピュー慈善団体トラストとLEO財団。
ドナルド・グリフィン氏、ウェストブルック・ウィーバー氏、ディノ・ディ・カルロ氏、タチアナ・セグラ氏、フィリップ・スカンピア氏は、MAP技術の商業化を目指すテンポ・セラピューティクス社に金銭的関心を持っている。
引用: 「ヒドロゲル足場からの適応免疫応答の活性化は再生的創傷治癒をもたらす」、ドナルド・グリフィン、マーニ・アーチャン、チェン・クアン、ウェストブルック・ウィーバー、ジェイソン・ワインスタイン、アン・チー・フェン、アンバー・ルシア、エリアス・シデリス、ヴァシリオス・ラグコウシス、ジェギョン・コー、マクシムプリカス、ディノ・ディ・カルロ、タチアナ・セグラ、フィリップ・スカンピア。自然材料、2020. 10.1038/s41563-020-00844-w
(C)デューク大学
元の記事の出典: WRAL TechWire