Jogurt jako źródło biomateriału: nowy hydrożel do regeneracji tkanek

Zespół badawczy z Columbia Engineering opracował nowatorskie podejście do projektowania bioaktywnych, wstrzykiwanych hydrożeli, wykorzystując pęcherzyki zewnątrzkomórkowe (extracellular vesicles – EVs) pochodzące z mleka, jako składnik strukturalny i biologicznie czynny. Wyniki badania opublikowano w czasopiśmie Matter.

Podwójna rola pęcherzyków z jogurtu

W badaniu kierowanym przez dr. Santiago Correię, adiunkta inżynierii biomedycznej w Columbia Engineering, opracowano platformę hydrożelową, w której EVs pełnią podwójną funkcję: działają jako bioaktywne ładunki oraz jako dynamiczne czynniki sieciujące, łączące biopolimery w strukturę wstrzykiwanego żelu. Co istotne, źródłem EVs był jogurt – produkt łatwo dostępny i tani. Dzięki temu udało się przezwyciężyć problemy związane z niską wydajnością pozyskiwania EVs, które dotychczas utrudniały ich szerokie zastosowanie w biomateriałach.

Hydrożel nie tylko naśladował mechaniczne właściwości żywych tkanek, ale też aktywnie stymulował komórki otoczenia do procesów naprawczych i regeneracyjnych – bez potrzeby dodawania związków chemicznych.

EVs jako terapeutyczny komponent biomateriałów

„Początkowo zastanawialiśmy się, jak budować hydrożele oparte na EVs. Jogurtowe pęcherzyki okazały się nie tylko narzędziem modelowym, ale też posiadały naturalny potencjał regeneracyjny” – mówi dr Correa. Współautorką badania była także Artemis Margaronis, stypendystka NSF, współpracująca z laboratorium Correi.

Zespół wykazał, że takie hydrożele są biokompatybilne i już po tygodniu od podania u immunokompetentnych myszy inicjują silną odpowiedź angiogenną. Dodatkowo materiał sprzyjał powstawaniu środowiska immunologicznego bogatego w komórki o działaniu przeciwzapalnym, co może tłumaczyć obserwowane przyspieszenie regeneracji tkanek.

Międzynarodowa współpraca i nowe perspektywy

W badaniu uczestniczyli także naukowcy z Uniwersytetu w Padwie – dr Elisa Cimetta oraz doktorantka Caterina Piunti – którzy dostarczyli specjalistycznej wiedzy na temat pozyskiwania EVs z produktów rolnych. Połączenie tej wiedzy z doświadczeniem laboratorium Columbia w dziedzinie nanomateriałów i hydrożeli polimerowych pokazało, jak ważne są interdyscyplinarne i międzynarodowe partnerstwa w rozwoju biomateriałów.

Naukowcy wykazali również, że opracowana platforma jest modułowa – można do niej włączyć EVs nie tylko z mleka, ale także z komórek ssaczych i bakterii. Otwiera to drzwi do zastosowań w gojeniu ran i medycynie regeneracyjnej, gdzie obecne terapie często zawodzą w długoterminowej odbudowie tkanek.

„Możliwość zaprojektowania materiału, który jednocześnie naśladuje środowisko organizmu i przyspiesza gojenie, to ogromny krok naprzód dla medycyny regeneracyjnej” – podkreśla Margaronis.

Źródło: Matter, “Extracellular Vesicles as Dynamic Crosslinkers for Bioactive Injectable Hydrogels”
DOI: https://doi.org/10.1016/j.matt.2024.06.008