Hydrożel na bazie peptydów jest obiecującym rozwiązaniem do naprawy tkanek i narządów

Łącząc biomedyczną precyzję z inżynierią inspirowaną naturą, zespół naukowców pod przewodnictwem Uniwersytetu w Ottawie stworzył żelowy materiał, który wykazuje ogromny potencjał w zakresie szybkiej naprawy szerokiej gamy uszkodzonych organów i tkanek w ciele człowieka.

Przełomowe badania prowadzone pod przewodnictwem profesora nadzwyczajnego Wydziału Lekarskiego Uniwersytetu Ottawy, dr. Emilio I. Alarcona, mogą w przyszłości wpłynąć na życie milionów ludzi dzięki hydrożelom peptydowym, które będą mogły zamykać rany skóry, dostarczać leki do uszkodzonego mięśnia sercowego i naprawiać uszkodzone rogówki.

„Używamy peptydów do tworzenia rozwiązań terapeutycznych. Zespół czerpie inspirację z natury, aby opracowywać proste rozwiązania do zamykania ran i naprawy tkanek” — mówi dr Alarcon, naukowiec i dyrektor grupy BioEngineering and Therapeutic Solutions (BEaTS) w University of Ottawa Heart Institute, której pionierskie badania koncentrują się na opracowywaniu nowych materiałów o zdolnościach regeneracji tkanek.

Peptydy to cząsteczki występujące w organizmach żywych, natomiast hydrożele to materiały na bazie wody o żelowej konsystencji, które okazały się przydatne w celach terapeutycznych.

Podejście zastosowane w badaniu, opublikowanym w Advanced Functional Materials i współprowadzonym przez dr Erika Suuronena i dr Marka Ruela, jest wyjątkowe. Większość hydrożeli badanych w inżynierii tkankowej jest pochodzenia zwierzęcego i oparta na białku, ale biomateriał stworzony przez wspólny zespół jest wzbogacony o inżynieryjne peptydy. Dzięki temu jest on bardziej przydatny w praktyce klinicznej.

Dr Ruel, profesor w Katedrze Medycyny Komórkowej i Molekularnej na Wydziale Lekarskim Uniwersytetu w Ottawie i kierownik badań w Oddziale Chirurgii Serca w Instytucie Kardiologii Uniwersytetu w Ottawie, uważa, że wyniki badania mogą okazać się rewolucyjne.

„Pomimo tysiącleci ewolucji, ludzka odpowiedź na gojenie się ran pozostaje niedoskonała” — mówi dr Ruel. „Widzimy nieprawidłowe blizny od nacięć skóry po urazy oczu i naprawę serca po zawale serca. Dr Alarcón, Suuronen i reszta naszego zespołu skupiają się na tym problemie od prawie dwóch dekad. Artykuł dr Alarcón w Advanced Functional Materials przedstawia nowy sposób, aby gojenie się ran, gojenie się narządów, a nawet podstawowe blizny pooperacyjne były o wiele bardziej terapeutycznie możliwe do opanowania, a zatem zoptymalizowane dla zdrowia człowieka”.

Syntetyzowane peptydy do natychmiastowej naprawy tkanek miękkich. Advanced Functional Materials (2024). DOI: 10.1002/adfm.202402564

Rzeczywiście, kluczem jest zdolność do modulacji biomateriału peptydowego. Hydrożele zespołu University of Ottawa są zaprojektowane tak, aby były dostosowywalne, dzięki czemu wytrzymały materiał można dostosować do stosowania w szerokiej gamie tkanek. Zasadniczo dwuskładnikową recepturę można dostosować, aby zwiększyć przyczepność lub zmniejszyć inne składniki, w zależności od części ciała wymagającej naprawy.

„Byliśmy bardzo zaskoczeni zakresem zastosowań, jakie mogą osiągnąć nasze materiały” — mówi dr Alarcon. „Nasza technologia oferuje zintegrowane rozwiązanie, które jest dostosowywane w zależności od docelowej tkanki”.

Dr Alarcon zauważa również, że badania te wskazują, iż efekty terapeutyczne hydrożeli biomimetycznych są wysoce skuteczne, a ich stosowanie jest znacznie prostsze i bardziej opłacalne niż inne podejścia do regeneracji.

Materiały opracowano przy niskich kosztach i w skalowalnym formacie, co jest krytyczną cechą dla wielu zastosowań biomedycznych na dużą skalę. Zespół opracował również szybki system przesiewowy, który znacznie obniżył koszty rozwoju i czas testowania.

„Ta znacząca redukcja kosztów i czasu nie tylko sprawia, że nasz materiał jest bardziej opłacalny, ale także przyspiesza jego wykorzystanie kliniczne” – mówi dr Alarcon.

Jakie są kolejne kroki zespołu badawczego? Przeprowadzą duże badania na zwierzętach w ramach przygotowań do testów na ludziach. Do tej pory przeprowadzono badania serca i skóry na gryzoniach, a prace nad rogówką przeprowadzono ex vivo.