Autocurativo y antimicrobiano: los científicos están desarrollando nuevos materiales que podrían revolucionar el crecimiento del tejido humano

Investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur en Sydney han desarrollado un nuevo material que tiene el potencial de revolucionar la forma en que se puede cultivar tejido humano en el laboratorio y utilizarlo en procedimientos médicos.

El nuevo material pertenece a una familia de materiales llamados hidrogeles, que son el núcleo de los materiales «esponjosos» que se encuentran en todos los organismos vivos, como el cartílago de los animales y en plantas como las algas. Las propiedades de los hidrogeles los hacen muy útiles en la investigación biomédica porque pueden imitar el tejido humano, permitiendo que las células crezcan en el laboratorio.

También hay hidrogeles artificiales que se utilizan en una amplia gama de productos básicos, desde alimentos y cosméticos hasta lentes de contacto y absorbentes, y más recientemente en investigaciones médicas para cerrar heridas y reemplazar tejido dañado. Si bien pueden funcionar adecuadamente como rellenos al vacío que estimulan el crecimiento de tejido, los hidrogeles sintéticos no logran recrear las complejas propiedades del tejido humano real.

Pero en un artículo de investigación publicado hoy en Naturaleza comúnIIones positivosCientíficos de la Universidad de Nueva Gales del Sur describen cómo un nuevo hidrogel fabricado en laboratorio se comporta como un tejido natural, con una serie de cualidades sorprendentes que tienen implicaciones para la tecnología y la fabricación médica y alimentaria.

El profesor asociado Chris Killian de la Facultad de Ciencia e Ingeniería de Materiales y la Facultad de Química de la UNSW dice que el hidrogel está hecho de péptidos simples y muy cortos, que son los componentes básicos de las proteínas.

«El material es bioactivo, lo que significa que las células encapsuladas se comportan como si vivieran en tejido normal», afirma el Prof. dice Killian.

«Al mismo tiempo, el material es antimicrobiano, lo que significa que evitará infecciones bacterianas. Esta combinación lo coloca en un buen lugar para materiales que pueden ser útiles en medicina. El material también es autocurativo, lo que significa que se reparará después de ser triturado. , roto o después de ser expulsado de una jeringa”. Esto lo hace ideal para la bioimpresión 3D o como material inyectable en medicina.

Un descubrimiento sorprendente en cuarentena

Ashley Nguyen, estudiante de doctorado en la Facultad de Química de la UNSW y primera autora de este artículo, hizo el descubrimiento durante COVID-19 Cierre mediante simulación por ordenador. La Sra. Nguyen estaba buscando moléculas que se autoensamblaran (donde se organizan automáticamente sin intervención humana) y se topó con el concepto de «Nubes de triptófano‘. Son cadenas cortas de Aminoácidos Muchos triptófanos actúan como cremallera para promover el autoensamblaje, lo que recibió el nombre de «Trpzip».

«Me entusiasmó identificar una secuencia peptídica única mediante simulaciones computacionales que podría formar un hidrogel», dice la Sra. Nguyen.

«Después de regresar al laboratorio, instalé el filtro superior y me emocionó ver cómo se formaba un gel».

Nguyen dice que el descubrimiento de este hidrogel tiene el potencial de ser una alternativa ética a los materiales naturales ampliamente utilizados.

«Los hidrogeles naturales se utilizan en toda la sociedad, desde el procesamiento de alimentos hasta los cosméticos, pero requieren ser recolectados de animales, lo que plantea preocupaciones éticas», dice.

«Los materiales de origen animal también son problemáticos cuando se utilizan en humanos debido a la respuesta inmune negativa que se produce. Con Trpzip, tenemos un material sintético que no sólo muestra su potencial en muchas áreas donde actualmente se utilizan materiales naturales, sino que también puede superarlo. en otros”, como la investigación clínica.

Resultados del mundo real

Para probar la viabilidad de Trpzip en la investigación biomédica, A/Prof. El equipo de Kilian colaboró ​​con el investigador Dr. Shafag Waters de la Facultad de Ciencias Biomédicas de la Universidad de Nueva Gales del Sur en Sydney, quien utiliza… matrigel – Hidrogel extraído de tumores de ratón – para trasplantar tejidos de pacientes con fines de investigación.

«Matrigel tiene algunos inconvenientes en el uso en investigación porque cada lote es diferente. Una alternativa determinada químicamente puede ser más barata y más consistente, lo que podría ser muy útil para la investigación biomédica», dice el Dr. Waters.

El profesor Kilian señala que el comercio de materiales naturales es una industria de miles de millones de dólares y dice que el equipo está interesado en explorar vías hacia la comercialización.

«Creemos que los hidrogeles Trpzip y materiales similares proporcionarán una alternativa más consistente y rentable a los productos de origen animal. Sería un resultado tremendo si nuestro material redujera la cantidad de animales utilizados en la investigación científica».

La siguiente fase de investigación implicará asociarse con la industria y científicos clínicos para probar la utilidad de los geles Trpzip en el cultivo de tejidos y explorar aplicaciones que resalten propiedades dinámicas únicas, como la bioimpresión 3D y la administración de células madre.

Referencia: “Ensamblaje jerárquico de péptidos de cremallera de triptófano en hidrogeles bioactivos para aliviar el estrés” por Ashley K. Nguyen, Thomas J. Molly, Iggy Kardia, Sylvia Gandha, Sudip Chakraborty, Sharon L. Wong, Guanfang Ruan, Bethany E. Yee, Jitendra Mata, Abhishek Vijayan, Naresh Kumar, Richard D. Tilly, Shafag A. Waters y Christopher A. Kilian, 23 de octubre de 2023, Comunicaciones de la naturaleza.
doi: 10.1038/s41467-023-41907-1

El estudio fue financiado por el Consejo Australiano de Investigación, el Consejo Nacional de Investigación Médica y de Salud y el Instituto Nacional del Cáncer de Australia. Institutos Nacionales de SaludLa Fundación Sydney Children’s Hospital Network y Luminesce Alliance 20 Research.