Porowate rusztowania zapewniają trójwymiarowe środowisko pozakomórkowe podobne do naturalnego środowiska komórki, a ich zastosowanie w medycynie regeneracyjnej jest niezwykle szerokie. Unijni naukowcy opracowali nowatorski biomateriał wspomagający różnicowanie komórek i odbudowę uszkodzonych tkanek - poinformował Unijny Serwis Informacyjny Badań i Rozwoju (CORDIS).
Poprzez bodźce mechaniczne środowisko pozakomórkowe determinuje zachowanie komórek i procesy takie jak adhezja, proliferacja, migracja i różnicowanie. Materiałoznawcy starają się odwzorować strukturalne, mechaniczne i biochemiczne właściwości naturalnej macierzy pozakomórkowej, aby zmaksymalizować regenerację uszkodzonych tkanek poprzez przestrzennie zorganizowany wzrost komórek.
Nowatorski biomateriał z siecią mikrokanalików
W ramach finansowanego ze środków UE projektu CHANNELMAT opracowano nowatorski, niedrogi i biozgodny materiał trójwymiarowy służący za rusztowanie do wzrostu komórek. Koordynatorka projektu, Christine Selhuber-Unkel, wyjaśnia: „nasz materiał składa się z pustych kanalików o wielkości kilku mikronów osadzonych w macierzy polimerowej”. Zapewnia to dużą powierzchnię styku komórek, maksymalizując wpływ materiału na ich zachowanie, na przykład w celu kontrolowania transdukcji bodźców mechanicznych.
W porównaniu do istniejących rozwiązań podejście opracowane w ramach projektu CHANNELMAT oferuje różne korzyści. Do produkcji połączonych ze sobą mikrokanalików o średnicy poniżej 20 μm stosuje się podłoże z poliakrylamidu. Opatentowana procedura produkcji zapewnia wzajemne połączenie porów niezależnie od ich zagęszczenia i rozmiaru. Co ważne, te drobne mikrokanaliki tworzą trójwymiarowe środowisko, w którym kontakt z powierzchnią komórek wynosi do 80 %, co zwiększa kontrolę nad ich zachowaniem.
Specjalne dostosowanie konstrukcji, składu i mechaniki rusztowania zapewnia, że dostarczanie tlenu i składników odżywczych ściśle przypomina warunki panujące w naturalnych tkankach. Co więcej, rusztowanie można poddawać funkcjonalizacji za pomocą białek do inżynierii tkankowej oraz nanocząsteczek węglowych w celu odwzorowania tkanek wzbudzanych impulsami elektrycznymi, takich jak tkanka sercowa, podczas gdy jego silna adsorpcja białek pozwala zaprojektować je tak, aby przypominało macierz pozakomórkową.
Medyczne zastosowania nowego materiału
„Naszym celem była walidacja nowego materiału CHANNELMAT w zastosowaniach komórkowych, w których występuje wpływ na mechanotransdukcję, np. w tkance sercowej po zawale mięśnia sercowego”, kontynuuje Selhuber-Unkel. Dobrze zdefiniowane właściwości mechaniczne biomateriału oraz zdolność do wytwarzania go z wykorzystaniem różnych stopni złożoności w wysokowydajny sposób sprawiają, że nadaje się on do wielu zastosowań, takich jak trójwymiarowe hodowle komórek czy implantacja.
Niemniej jednak, najważniejsze istotne z klinicznego punktu widzenia ustalenie jest obecnie niezależne od mechanotransdukcji. Zespół naukowy wykorzystał innowacyjny materiał do schwytania ludzkiego patogenu Acanthamoeba castellanii. Powoduje on zakażenie oka i ciężkie zapalenie rogówki, których leczenie jest długotrwałe i skomplikowane. Jest to rzadka choroba, która najczęściej dotyka mieszkańców krajów rozwiniętych, gdzie powszechne jest korzystanie z soczewek kontaktowych. Ponadto Acanthamoeba castellanii występuje zarówno w glebie, jak i w zbiornikach wodnych, w tym w basenach i płynach do soczewek kontaktowych – pomimo dezynfekcji.
Materiał CHANNELMAT może posłużyć do usuwania pasożyta Acanthamoeba castellanii i poprawy bezpieczeństwa korzystania z soczewek kontaktowych w przypadku zastosowania go w pojemnikach do przechowywania. Według Selhuber-Unkel było to najbardziej znaczące osiągnięcie projektu, które otworzyło nowe możliwości na komercyjne wykorzystanie biomateriału CHANNELMAT. Łapanie drobnoustrojów chorobotwórczych za pomocą wyprodukowanych pułapek jest nową strategią przeciwdrobnoustrojową bez zastosowania środków chemicznych.
Obecnie badacze poddają materiały badaniom pod różnym kątem, od zastosowań w mózgu po miękką robotykę. Na wiedzy zdobytej podczas projektu CHANNELMAT opiera się kilka finansowanych projektów, a przy odpowiedniej inwestycji przemysłowej ich produkt może wejść na wyższy poziom.
Komentarze
[ z 0]