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Ingenieure kreieren vernetzte Hydrogele, um Stammzellen in die Wunde zu locken

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Hydrogele sind zu einem beliebten Material für neue Behandlungsstrategien bei einer Vielzahl von Krankheiten geworden. Sie können verkapselte therapeutische Moleküle liefern, sich im Körper mit einer vordefinierten Geschwindigkeit abbauen und biokompatibel sein. Jede Anwendung erfordert jedoch, dass das Hydrogel eine angemessene Festigkeit, Konsistenz und die Fähigkeit aufweist, Wachstumsfaktoren oder andere Moleküle in sich zu tragen.

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Forscher der Rice University haben nun eine Möglichkeit geschaffen, Biomoleküle, die zur Abgabe an einen Zielort im Körper bestimmt sind, in Strukturkomponenten innerhalb eines injizierbaren Hydrogels zu integrieren. Diese Biomoleküle verleihen dem Hydrogel seine einzigartige Biegsamkeit, und sie können einen therapeutischen Effekt an der Injektionsstelle erzielen und gleichzeitig als Teil der Hydrogelstruktur wirken, was den gesamten Prozess effizienter macht.

Die Forscher konnten Moleküle, die mit dem Knochen- und Knorpelwachstum zusammenhängen, an Vernetzer in einem Hydrogel binden. Diese Moleküle ziehen Stammzellen an, sich auf sie zuzubewegen und helfen, jegliche Art von Schäden in der Nähe des Hydrogels zu heilen. Das Material ist injizierbar und der Prozess zur Herstellung einer Charge wird bei Raumtemperatur durchgeführt, was den Einsatz in der Klinik erleichtern soll.

Mit diesem neuen Material sollten Verbände hergestellt werden können, die die körpereigenen mesenchymalen Stammzellen motivieren, sich um die Bandage zu sammeln und die darunter liegende Wunde schnell zu heilen. Das Material würde sich dann zersetzen und im Körper verschwinden, ohne schmerzhaft abgezogen werden zu müssen, wie es bei den meisten Bandagen üblich ist.

Hier ist eine Zusammenfassung aus der Zusammenfassung der Studie in Science Advances, die kurz den Prozess der Herstellung dieser vernetzten bioaktiven Hydrogele erklärt:

Um gewebespezifische biochemische Hinweise auf diese Hydrogele zu geben, haben wir einen modularen Hydrogel-Vernetzer, Poly(glykolsäure)-poly(ethylenglykol)-poly(glykolsäure)-di(but-2-yne-1,4-dithiol) (PdBT) entwickelt, der mit kleinen peptidbasierten Cues und großen makromolekularen Cues einfach durch Mischen von PdBT in Wasser mit den entsprechenden Biomolekülen bei Raumtemperatur funktionalisiert werden kann. Knorpel- und knochenspezifische PdBT-Makromere wurden durch Funktionalisierung mit einem knorpelassoziierten hydrophoben N-Cadherin-Peptid, einem hydrophilen knochenmorphogenetischen Proteinpeptid und einem aus Knorpel gewonnenen Glykosaminoglykan, Chondroitinsulfat, erzeugt. Diese biofunktionalisierten PdBT-Makromere können spontan Polymere wie Poly(N-isopropylacrylamid) vernetzen, um schnell vernetzende, hochquellende, zytokompatible und hydrolytisch abbaubare Hydrogele herzustellen, die sich für die Verkapselung mesenchymaler Stammzellen eignen.