Continue structuren versnellen de celmigratie

Een van de belangrijkste en minst begrepen aspecten van genezing is celmigratie, of het proces waarbij cellen van het ene deel van het lichaam naar het andere gaan. “Als je een ambulance in het bos bent en er geen paden zijn om vooruit te komen, zal het een stuk moeilijker zijn om de locatie te bereiken die je nodig heeft”, zegt Karen Shaw, een doctoraatsstudente geneeskunde en bio-ingenieur.

Eerder dit jaar was Xu co-auteur papier erin Natuurcommunicatie Onderzoekers beschrijven een nieuw signaal om cellen te helpen daar te komen waar ze heen moeten: een stof die voornamelijk bestaat uit hyaluronzuur en gelatine, twee kleverige stoffen die normaal gesproken buiten de cellen in gewrichten en bindweefsel worden aangetroffen.

“Honderdduizenden mensen scheuren elk jaar hun meniscus”, zegt Robert Mauk, hoogleraar orthopedische chirurgie aan de University of Pennsylvania School of Medicine en hoogleraar bio-engineering aan de University of Pennsylvania School of Engineering en een van Shaw’s adviseurs. evenals een van de hoofdauteurs van het artikel. Versnel hun herstel.”

Wat dit materiaal – bekend als hydrogel vanwege de combinatie van gelatine en water – uniek maakt, is dat de combinatie van hyaluronzuur en gelatine een complex netwerk van routes vormt, waardoor cellen op veel verschillende manieren tussen twee punten kunnen reizen.

Deze eigenschap staat bekend als bicontinuïteit en is belichaamd in twee afzonderlijke continue fasen, elk continu over het gehele volume van het materiaal (bijvoorbeeld in sponzen, met cellulose- en luchtfasen; in hydrogel bestaat dit uit gelatine en hyaluronzuur) waardoor Dit leidt tot een verbluffende reeks patronen, waardoor het oppervlak in het materiaal aanzienlijk wordt vergroot.

Om de effectiviteit van de hydrogel te testen, hebben Xu en haar collega’s – waaronder mede-adviseur Jason Burdick, de voormalige Robert D. Bent, een professor aan de University of Pennsylvania School of Engineering en momenteel de Bowman Endowed Professor aan de University of Colorado Boulder, en de andere hoofdauteur van het artikel, creëerden eerst verschillende versies van de hydrogel om het ideale punt te vinden waarop de componenten vormden een continue dubbele structuur en hadden het hoogste interne oppervlak.

“We ontdekten dat een nauwkeurige combinatie van de verschillende hydrogelcomponenten en een gecontroleerde menging ervan nodig zijn om de continue structuur te vormen”, zegt Burdick.

De onderzoekers plaatsten vervolgens clusters van cellen die normaal in bindweefsel voorkomen in de hydrogel en keken hoe de cellen zich verspreidden. In hydrogels met een groter intern oppervlak bewogen de cellen ongeveer drie keer sneller dan in pure gelatine, wat het vermogen van het materiaal aantoont om de celmigratie te versnellen.

De onderzoekers plaatsten ook monsters van meniscusweefsel over de hydrogel en testten de hydrogel in diermodellen. In elk geval versnelde de nieuwe hydrogel de celbeweging aanzienlijk.

“Dubbele continue structuren hebben een groot oppervlak en cellen vinden de grensvlakken tussen de verschillende componenten van de hydrogel en migreren sneller”, zegt Xu.

In de toekomst hoopt het team klinische toepassingen voor de hydrogel te testen. “Dit kan gunstig zijn voor weefsel van het bewegingsapparaat”, zoals beschadigde kniebanden, maar het kan ook elk weefsel ondersteunen dat gerepareerd moet worden door nabijgelegen cellen, zegt Shaw.

“Als cellen niet daadwerkelijk op de plaats kunnen komen waar de verwonding is opgetreden en die plek kunnen opvullen, kan het lichaam zichzelf niet herstellen”, voegt ze eraan toe.

In theorie zou de hydrogel ook gebruikt kunnen worden om ziektes te onderzoeken. “Je kunt het gebruiken als platform om beter te begrijpen hoe kankercellen bewegen”, zegt Xu. Het onderbreken van de beweging van kankercellen kan leiden tot behandelingen die hun beweging belemmeren, waardoor de uitzaaiing wordt vertraagd.

Uiteindelijk belooft de hydrogel nieuwe mogelijkheden te openen voor ingenieurs en artsen om cellen te begeleiden, net zoals coördinatoren die eerstehulpverleners bellen: “Nog meer sporen betekent dat de ambulance in theorie sneller zijn eindbestemming kan bereiken”, zegt Xu.