Гидрогели могут на 99% состоять из воды и в результате похожи по составу на ткани человека. Они могут принимать различные формы и функции, помимо контактных линз. Настраивая их форму, физические свойства и химический состав и наполняя их клетками, биомедицинские инженеры успешно использовали гидрогели в качестве трехмерных молекулярных каркасов, которые могут быть заполнены клетками или молекулами для инъекций или применения в организме с целью высвобождения лекарств или стимулирования регенерации тканей. .Альгинатные гидрогели, которые состоят из полисахарида, встречающегося в природе в коричневых морских водорослях, являются именно такими материалами.
Скорость, с которой трехмерная внутренняя молекулярная структура альгинатов будет разрушаться с течением времени, может быть точно настроена, что позволяет инженерам рационально проектировать и контролировать высвобождение молекул лекарства, заключенных в гель. Член факультета Wyss Core Дэвид Муни, доктор философии, который также является семейным профессором биоинженерии Роберта П. Пинкаса в Гарвардской школе инженерии и прикладных наук (SEAS), был пионером в разработке альгинатных гидрогелей для таких приложений, как небольшие химические препараты. доставка, регенерация тканей, стимуляция образования кровеносных сосудов и восстановление костей и хрящей, среди прочего.Но реагенты, часто используемые для изготовления этих альгинатных гидрогелей, недостаточно хемоселективны, чтобы быть действительно биосовместимыми. В результате клетки и молекулы, инкапсулированные в гидрогеле, могут быть повреждены в процессе инкапсуляции или в результате непреднамеренных реакций с химическими реагентами в гидрогеле, что очень затрудняет терапевтический дизайн и доставку в клинику.
Теперь член факультета Wyss Core Нил Джоши, доктор философии, в сотрудничестве с Муни разработал новый, действительно биосовместимый альгинатный гидрогель, который можно синтезировать с помощью «щелочной химии», которая представляет собой методологию быстрого и практичного синтеза веществ с использованием всего несколько надежных хемоселективных реагентов. Джоши, который также является доцентом кафедры химической и биологической инженерии в SEAS, возглавляет команду в Институте Висс, разрабатывающую новые синтетические биоматериалы, имитирующие материалы природного происхождения. О новом «щелочном альгинате» Джоши и Муни сообщается в выпуске Biomaterials от 1 мая.Биосовместимые альгинатные гели с щелчком формируются с использованием стратегий химического сшивания, которые позволяют инженерам захватывать клетки или молекулы внутри геля, не повреждая их и не делая их неактивными.
Таким образом, он представляет собой практическую платформу для долгосрочного стабильного инкапсулирования биоактивных материалов. И он достаточно прочен, чтобы его можно было использовать по-разному, что интересно из-за разнообразия терапевтических препаратов, которые сделаны из химических и белковых молекул.«Он вводится для инъекций, поэтому его можно использовать для доставки клеток или лекарств в определенные места в теле, например, в место, где была рана или в него вторглась опухоль», — сказал Джоши. «И мы уже используем его для множества разных целей в лаборатории из-за того, насколько легко его синтезировать».
По словам первого автора исследования Раджива Десаи, научного сотрудника Института Висса, работающего над докторской степенью, синтезировать другие типы гидрогелей гораздо сложнее. от МОРЕЙ. Напротив, щелк-альгинатный гидрогель может быть создан путем простой и быстрой комбинации двух простых решений — подобно эпоксидной смоле. И как только гель образуется, химические реакции щелчка становятся необратимыми, что приводит к хемоселективному гидрогелю, предназначенному для использования в качестве терапевтического каркаса.
Кроме того, альгинатный гидрогель Click легко настраивается и модифицируется. «Одна из многих вещей, которые люди любят делать с гидрогелями, — это модифицировать их для различных целей», — сказал Десаи. «С помощью нашего нового метода, если вы хотите добавить флуоресцентный краситель, пептид или белок к новому щелочному альгинату, вы можете сделать это в течение одной минуты — поистине беспрецедентная скорость».В Wyss новый гидрогель уже используется для инкапсуляции клеток в культуру и для проведения экспериментов в тканеподобной среде. «Это отличный материал для изучения того, как клетки воспринимают механическую среду вокруг них», — сказал Десаи.
«Альгинатные гидрогели перспективны для тканевой инженерии и доставки лекарств, поскольку они могут быть разработаны для безвредного растворения в организме, высвобождая лекарства, агенты роста или живые клетки, которые могут ускорить заживление и регенерацию», — сказал директор-основатель Института Висс Дональд Ингбер, доктор медицинских наук. , Доктор философии, который также является профессором биологии сосудов Гарвардской медицинской школы и Бостонской детской больницы Джуды Фолкмана и профессором биоинженерии в SEAS. «Более того, новые щелочные альгинатные гидрогели, подобные разработанным Нилом и Дейвом, могут немедленно ускорить исследования и исследования в лаборатории, предоставляя более надежные и легко синтезируемые платформы для культивирования клеток и экспериментов».