Шелковые гидрогели инкапсулируются и, таким образом, изолируются от организма, ограничивая их регенеративный потенциал. Шелковые микрогели поддерживают формирование новых тканей и кровеносных сосудов, способствуя восстановлению и регенерации. Автор: Елена Рняк-Ковачина/UNSW
Исследователи UNSW разработали новый микрогель из шелка моли, который предназначен для содействия регенерации тканей и может помочь людям восстановиться после сердечных приступов.
В UNSW соткали свою магию, чтобы создать новый материал из шелка, который в конечном итоге может помочь регенерировать сердечную ткань.
Инженеры взяли шелк у домашней шелковой моли и превратили его в форму желе, называемого микрогелем, с помощью света. Они показали на мышах, что он переносится организмом и может помочь в регенерации клеток и тканей.
Микрогель разработан для имитации механики и физических свойств вещей, с которыми клетки взаимодействуют в любой части тела, а также свойств человеческой ткани.
Конечная цель — продолжить разработку материала для помощи в лечении сердечно-сосудистых заболеваний, а также для поддержки сердечной мышцы у людей, перенесших сердечный приступ.
Доцент Елена Рняк-Ковачина и ее команда опубликовали свои выводы в журнале Advanced Functional Materials, в которых показано, что клетки и кровеносные сосуды могут расти внутри микрогеля при имплантации в кожу мышей, а также способствовать образованию новой ткани.
Сила шелка
«Наши микрогели полностью сделаны из шелка, но мы также можем нагружать их другими молекулами, такими как лекарства и белки, которые помогают контролировать воспаление или стимулируют рост тканей, поэтому они работают как для поддержки поврежденных тканей, так и в качестве средства доставки для содействия регенерации тканей», — говорит доцент Рняк-Ковачина из Высшей школы биомедицинской инженерии Университета Нового Южного Уэльса.
«Конечная цель — иметь возможность вводить эти микрогели в сердечную мышцу после сердечного приступа, чтобы поддержать сердечную мышцу и помочь ей регенерироваться.
«Мы получаем шелк от моли, которая создает этот материал, когда строит свой кокон в ходе метаморфоза из червя. Одним из преимуществ шелка является то, что он очень прочный, наравне с кевларом — синтетическим волокном, используемым в бронежилетах.
«Мы можем взять это шелковое волокно и растворить его, чтобы создать жидкий шелк. Затем мы используем свет, чтобы превратить этот жидкий шелк в форму желе — точно так же, как вы делаете желе из жидкости, но вместо того, чтобы делать это посредством температурного перехода, мы можем сделать это с помощью света.
«И это желе, или микрогель в данном случае, как было показано, поддерживает рост клеток при помещении в тело».
Принцип работы микрогеля заключается в стимуляции правильных воспалительных реакций в организме для содействия росту клеток и регенерации тканей.
Кроме того, он также может быть загружен специальными белками или факторами роста, которые помогают стимулировать образование новых кровеносных сосудов.
Они уже используются в клинической практике, но они относительно быстро разрушаются, если их просто вводить в организм. Исследователи надеются, что, доставляя их с помощью микрогелей, более медленное высвобождение также приведет к лучшим биологическим результатам.
«Действительно большая проблема, которую мы пытаемся решить, заключается в том, что после сердечного приступа часть сердечной мышцы отмирает», — говорит доцент Рняк-Ковачина.
«К сожалению, сердце не очень хорошо восстанавливается, поэтому после сердечного приступа часть сердечной мышцы ослабевает, и сердцу приходится работать гораздо усерднее, чтобы это преодолеть, и со временем это может привести к сердечной недостаточности».
«Наша цель — иметь возможность вводить так называемый сердечный пластырь, чтобы микрогелевый материал стимулировал процесс восстановления и регенерации, который затем поддерживает улучшенную функцию сердца».
Более пористый и неоднородный
Одной из основных новых разработок является пористая природа нового микрогеля, который, как было показано, работает лучше, чем существующие гидрогели.
Изображение микрогеля шелка, полученное с помощью сканирующей электронной микроскопии. Автор: Елена Рняк-Ковачина/UNSW
Ранее разработанные гидрогели гораздо менее пористые, и поэтому клетки в организме не могут легко перемещаться по материалу и через него или фактически расти внутри него.
«Это проблема, которая преследует эту область исследований на протяжении десятилетий», — говорит доцент Рняк-Ковачина.
«То, что мы сделали в нашей работе, — это сохранили все хорошие свойства гидрогеля, но затем сделали его более пористым. Вместо того чтобы сделать его одним однородным гелем, мы делаем много-много крошечных микрогелей.
«Каждый отдельный микрогель сохраняет все хорошие свойства гидрогелей, но дополнительная пористость создает лучшее взаимодействие клеток.
«Еще одним преимуществом является то, что наш микрогель имитирует сложность тела. Гидрогели однородны, это один комок, который выглядит одинаково на всем протяжении — но наши тела не такие. Наши тела неоднородны, они сложны.
«В микрогелях все крошечные отдельные элементы могут быть разными, и это позволяет нам создавать сложные структуры, которые соответствуют тому, что также происходит внутри тела, что в настоящее время действительно сложно сделать».
Исследователи UNSW уже это сделали. начали дальнейшие исследования по введению микрогеля в сердца мышей для изучения специфических свойств восстановления и регенерации ткани миокарда.
В случае успеха они затем проведут испытания на более крупных животных, таких как свиньи, прежде чем проводить клинические испытания на людям, что, вероятно, займет не менее пяти лет.
Заживление ран
В то же время, доцент. Рняк-Ковачина говорит, что микрогель можно было бы использовать раньше для использования в качестве средства для заживления ран на коже, а также для разработки человеческой ткани в лабораторных условиях, которую затем можно будет использовать для тестирования широкого спектра других препаратов.
«Мы также тестируем эти микрогели на предмет помощи в заживлении ран на коже, и это гораздо менее инвазивный процесс, чем инъекция в сердце», — говорит она.
«Потенциально его можно использовать для людей с серьезными ожогами или хроническими ранами, такими как диабетические язвы, которые трудно заживают».
«Другое более широкое применение — разработка моделей человеческих тканей в лабораторных условиях, которые должным образом имитируют настоящую человеческую ткань, что может дать огромное преимущество при последующем тестировании новых лекарств и терапевтических средств».
Дополнительная информация: Фатемех Карими и др., Микрогелевые каркасы из фотосшитого шелкового фиброина для биомедицинских применений, Усовершенствованные функциональные материалы (2024). DOI: 10.1002/adfm.202470158
Информация о журнале: Advanced Functional Materials Предоставлено Университетом Нового Южного Уэльса
