新的水凝胶材料可以帮助人体的细胞修复过程

admin 2018-05-15

荧光增强显微镜图像显示在中风后的健康看起来的血管生长,在小鼠中。

在新近发表的一项研究中,生物分子工程师和医生展示了一种治疗材料,可能有一天会促进伤口或中风后更好的组织再生。 / em

在身体典型的愈合过程中,当皮肤等组织受损时,身体会生长出替代细胞。整合素是在对创建新组织很重要的细胞过程中重要的蛋白质类。其中一个过程就是细胞粘附,当新细胞“贴”在细胞之间的材料上时,称为细胞外基质。另一个是细胞迁移,在细胞表面,整合素帮助细胞沿着细胞外基质“拉动”细胞以将细胞移动到位。但是,这些过程不会发生在中风期间受损的脑组织中。这就是为什么科学家们正在努力开发可促进这种愈合形式的治疗材料。

UCLA研究人员开发的可注射凝胶状材料(称为水凝胶)通过在伤口内部形成支架来帮助修复过程,该支架充当人造细胞外基质,并且围绕该组织生长新的组织。

使用可注射凝胶不是新的,但以前的凝胶支架导致新形成的组织中的血管较弱。 Nature Materials发表的新发现显示,当支架含有特定的整合素结合分子时,形成的新血管更强。

“可注射的凝胶支架有点像植物用来生长的花园格子,”负责这项研究的化学和生物分子工程,生物工程和皮肤病学教授Tatiana Segura说。 “就其本身而言,这是很好的,因为传入的新纸巾有一定的支持其增长。这种新材料类似于具有非常特殊肥料的网格,以帮助植物生长健康强壮。“

即使将凝胶与促进血管形成的蛋白质如血管内皮生长因子(称为VEGF)组合,支架内新组织中的血管倾向于渗漏并且也倾向于聚集在一起。

为了克服这一点,研究人员更深入地研究了整合素结合分子如何与凝胶相互作用以及这些分子如何影响血管生长。

他们测试了两种含有不同整联蛋白结合分子的支架。两种支架也含有VEGF蛋白。他们发现其中一种脚手架 - 与称为“α3/α5β1”的整联蛋白结合 - 工作得非常好。它指导了更高质量的修复和血管再生。此外,他们发现α3/α5β1结合支架也引导了血管的形状,这一过程称为形态发生信号。

他们测试的另一种整合素结合支架仍然存在泄漏和结块血管问题。

“除了对新组织和血管的结构支持之外,为α3/α5β1添加特异性整合素结合分子,可以使周围的组织生长血管,这些血管的强度和定义与我们测试的其他血管相反,其中新血液血管容易发生泄漏并聚集在一起,“塞古拉说。

该研究的第一作者是Shuoran Li,2017年加州大学洛杉矶分校博士研究生,被Segura告知。合作者还包括加州大学洛杉矶分校David Geffen医学院的神经学家和神经科学家Thomas Carmichael博士和弗吉尼亚大学生物医学工程教授Thomas Barker。

在最近的这项工作中,研究人员证明整合素结合可以通过α3/α5β1结合支架在体外指导血管结构,从而产生与现有血管分支连接的广泛网络。然后研究人员在小鼠中使用相同的α3/α5β1-支架,并且形成了中风后较少渗漏的血管。

研究人员表示,下一步将使用整合素结合分子与其他水凝胶技术相结合,这些技术已显示中风后长期功能恢复的希望,但新生长的血管不健壮。

Carmichael说:“目前没有促进中风后脑修复和恢复的疗法。 “所有中风疗法都集中在导致中风的脑血管的最初堵塞。这意味着中风是成人残疾的最常见原因。这项研究令人兴奋,因为它显示了一种可行的方法,通过在卒中区域生长新的和良好形成的血管来改变中风中死亡和疤痕的组织。“

加州大学洛杉矶分校博士后研究员,Segura实验室成员Lina Nih也是该论文的作者。其他作者还包括化学和生物化学,机械和航空航天工程以及电气工程等部门的UCLA研究人员。其他作者来自Georgia Tech;华中科技大学,中国;和加利福尼亚州圣克拉拉的NovuMind公司。

该研究得到了国立卫生研究院的支持。

Segura及其合作者曾研究用于组织修复的生物材料,包括一种可注射凝胶(与当前研究不同),最近的研究显示该凝胶可减少炎症并促进神经祖细胞向中风部位的迁移。

出版物:Shuoran Li等人,“具有精确控制的整合素激活的水凝胶决定血管图案化和渗透性”,Nature Materials(2017)doi:10.1038 / nmat4954

来源:马修钦,加州大学洛杉矶分校新闻


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