Wissenschaftler haben erstmals ein injizierbares Hydrogel entwickelt, das zuvor über neuartige Crosslinker gewebespezifische bioaktive Moleküle einbindet. Das beschriebene Hydrogel hat großes Potenzial für den Einsatz im Tissue Engineering
Gewebe Engineering ist die Entwicklung von Gewebe- und Organersatz – dreidimensionalen Zellkonstrukten – mit ähnlichen Eigenschaften wie natürliches Gewebe. Gewebetechnik zielt darauf ab, Gewebefunktionen durch die Verwendung dieser biologisch aktiven Gerüste wiederherzustellen, zu erhalten oder zu verbessern. Synthetik Hydrogel Polymere wurden aufgrund ihrer einzigartigen Zusammensetzung und strukturellen Ähnlichkeiten mit der natürlichen extrazellulären Matrix als vielversprechende Kandidaten für solche mechanischen Gerüste gefeiert. Hydrogele ahmen Gewebeumgebungen nach und die Vernetzer in Hydrogelen helfen dem Material, seine Struktur zu bewahren, selbst wenn es große Mengen an Wasser aufgenommen hat. Derzeit verfügbare Hydrogele sind jedoch biologisch inert und können daher nicht allein wirken, um eine geeignete biologische Funktion anzutreiben. Sie erfordern die Zugabe kompatibler Biomoleküle (z. B. Wachstumsfaktoren, adhäsive Liganden), was sie zu einem unverzichtbaren Bestandteil von Hydrogelen macht.
In einer am 11. Juni veröffentlichten Studie in Wissenschaft Fortschrittehaben Wissenschaftler ein neues modulares injizierbares Hydrogel entwickelt, das einen Vernetzer namens PdBT – eine biologisch abbaubare Verbindung – zur Vernetzung des Hydrogel-Polymers verwendet, um ein gequollenes, bioaktives Hydrogel zu erzeugen. Das PdBT bindet bioaktive Moleküle ein, indem es sie in den chemischen Vernetzern im Hydrogel verankert. Die spezifischen Biomoleküle können einfach bei Raumtemperatur mit PdBT gemischt werden und werden so zu einem integrierten Bestandteil des Hydrogels. Ein solches erstmals entwickeltes System hat die Fähigkeit, bei Raumtemperatur an gewebespezifische Biomoleküle zu binden, um funktionalisiert zu werden, ohne dass später eine zweite Injektion oder ein System erforderlich ist.
Die hinzugefügten Biomoleküle bleiben im Hydrogel verankert und können direkt dem Zielgewebe präsentiert werden. Dies verhindert eine Diffusion in einen Bereich außerhalb des Zielbereichs, wodurch unerwünschte Folgen wie Inaktivierung oder redundantes Gewebewachstum vermieden werden. Es wurden Experimente an Knochen und Knorpel unter Verwendung spezifischer PdBT-Monomere durchgeführt, indem Funktionalität durch Einbau eines knorpel-assoziierten hydrophoben N-Cadherin-Peptids und eines hydrophilen knochenmorphogenetischen Proteinpeptids und eines aus Knorpel stammenden Glykosaminoglykans Chondroitinsulfat hinzugefügt wurde. Diese Hydrogelmischung kann direkt in das Zielgewebe injiziert werden. In das Hydrogel eingebaute Biomoleküle kommen mit den mesenchymalen Stammzellen des Wirtsgewebes in Kontakt und „locken“ sie an, sodass sie dem Zielbereich hinzugefügt werden, um zu „ansäen“ oder neues Wachstum zu initiieren. Sobald das neue Gewebe wächst, baut sich das Hydrogel ab und verschwindet.
Das in der aktuellen Studie beschriebene neue Hydrogel kann bei Raumtemperatur für den sofortigen Einsatz aufbereitet und entsprechend für unterschiedliche Gewebe angepasst werden. Der unkomplizierte Herstellungsprozess verhindert den thermischen Abbau von Biomolekülen, der bei früheren Hydrogelen ein Problem war, da dies deren biologische Aktivität beeinträchtigt. Bioaktive Hydrogele können helfen, Knochen, Knorpel, Haut und andere Gewebe zu regenerieren. Diese neue Technik, die ein injizierbares bioaktives Hydrogel mit günstigen Eigenschaften verwendet, hat ein starkes Potenzial für die Verwendung in der Gewebezüchtung.
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Quelle (n)
Guo JL et al. 2019. Modulare, gewebespezifische und biologisch abbaubare Hydrogel-Crosslinker für das Tissue Engineering. Wissenschaftliche Fortschritte. 5 (6). https://doi.org/10.1126/sciadv.aaw7396
