Hydrogel na bázi peptidů je slibný pro obnovu tkání a orgánů

Tým vědců vedený Univerzitou v Ottawě vytvořil kombinací biomedicínské přesnosti a inženýrství inspirovaného přírodou gelovitý materiál, který vykazuje obrovský potenciál pro rychlou opravu široké škály poškozených orgánů a tkání v lidském těle.

Špičkový výzkum vedený docentem Dr. Emiliem I. Alarconem z Lékařské fakulty Univerzity v Ottawě by mohl v budoucnu ovlivnit životy milionů lidí díky peptidovým hydrogelům, které dokáží utěsnit kožní rány, dodávat léčiva do poškozeného srdečního svalu a opravit poškozené rohovky.

„K vytváření terapeutických řešení používáme peptidy. Tým se inspiruje přírodou a vyvíjí jednoduchá řešení pro uzavírání ran a opravu tkání,“ říká Dr. Alarcon, vědec a ředitel skupiny BioEngineering and Therapeutic Solutions (BEaTS) na Kardiologickém institutu Univerzity v Ottawě, jehož průkopnický výzkum se zaměřuje na vývoj nových materiálů se schopnostmi regenerace tkání.

Peptidy jsou molekuly nacházející se v živých organismech a hydrogely jsou materiály na bázi vody s gelovitou texturou, které se osvědčily pro terapeutické účely.

Přístup použitý ve studii, publikované v časopise Advanced Functional Materials a vedené společně Dr. Erikem Suuronenem a Dr. Markem Ruelem, je unikátní. Většina hydrogelů studovaných v tkáňovém inženýrství je živočišného původu a na bázi proteinů, ale biomateriál vytvořený společným týmem je vylepšen upravenými peptidy. Díky tomu je lépe použitelný v klinické praxi.

Dr. Ruel, profesor na katedře buněčné a molekulární medicíny na Lékařské fakultě Univerzity v Ottawě a vedoucí výzkumu v oddělení kardiochirurgie na Kardiologickém institutu Univerzity v Ottawě, se domnívá, že zjištění studie by mohla být revoluční.

„Navzdory tisíciletím evoluce zůstává lidská reakce na hojení ran nedokonalá,“ říká Dr. Ruel. „Vidíme abnormální jizvy od kožních řezů přes poranění očí až po opravu srdce po infarktu. Dr. Alarcón, Dr. Suuronen a zbytek našeho týmu se tomuto problému zaměřují téměř dvě desetiletí. Článek Dr. Alarcóna v časopise Advanced Functional Materials představuje nový způsob, jak terapeuticky mnohem lépe zvládnout hojení ran, hojení orgánů a dokonce i základní jizvy po operaci, a tím je optimalizovat pro lidské zdraví.“

Syntetizované peptidy pro okamžitou opravu měkkých tkání. Advanced Functional Materials (2024). DOI: 10.1002/adfm.202402564

Klíčem je ve skutečnosti schopnost modulovat peptidový biomateriál. Hydrogely týmu Univerzity v Ottawě jsou navrženy tak, aby se daly přizpůsobit, což činí tento odolný materiál přizpůsobitelným pro použití v široké škále tkání. V podstatě lze dvousložkovou recepturu upravit tak, aby se zvýšila přilnavost nebo snížil počet dalších složek v závislosti na části těla, která vyžaduje opravu.

„Byli jsme velmi překvapeni rozsahem aplikací, kterých naše materiály dokáží dosáhnout,“ říká Dr. Alarcon. „Naše technologie nabízí integrované řešení, které je přizpůsobeno cílové tkáni.“

Dr. Alarcon také poznamenává, že tyto studie naznačují, že terapeutické účinky biomimetických hydrogelů jsou vysoce účinné a že jejich použití je výrazně jednodušší a nákladově efektivnější než jiné přístupy k regeneraci.

Materiály byly vyvinuty za nízkou cenu a ve škálovatelném formátu, což je klíčová vlastnost pro mnoho rozsáhlých biomedicínských aplikací. Tým také vyvinul systém rychlého screeningu, který výrazně snížil náklady na vývoj a dobu testování.

„Toto významné snížení nákladů a času nejen činí náš materiál ekonomicky životaschopnějším, ale také urychluje jeho potenciál pro klinické využití,“ říká Dr. Alarcon.

Jaké jsou další kroky výzkumného týmu? Provedou rozsáhlé pokusy na zvířatech, které připraví na testování na lidech. Dosud byly provedeny pokusy na srdci a kůži na hlodavcích a studie rohovek byly provedeny ex vivo.