Учёные из Колумбии создали из йогурта гель, имитирующий живую ткань

Гидрогель на основе йогурта, способный заживлять и имитировать живую ткань, может вскоре изменить регенеративную медицину. Авторы и права: Shutterstock

Исследователи из Колумбийского университета разработали основу для создания биологически активных инъекционных гидрогелей с использованием внеклеточных везикул (EV) для тканевой инженерии и регенеративной медицины.

В статье, опубликованной 25 июля в журнале Matter, Сантьяго Корреа, доцент кафедры биомедицинской инженерии, и его коллеги описали платформу для инъекционного гидрогеля, использующего EV из молока, чтобы преодолеть давние барьеры в разработке биоматериалов для регенеративной медицины. Внеклеточные везикулы — это частицы, естественным образом выделяемые клетками, которые содержат сотни биологических сигналов, таких как белки и генетический материал, обеспечивая сложную межклеточную коммуникацию, которую синтетические материалы не могут легко воспроизвести.

В этом исследовании Корреа и его команда разработали систему гидрогеля, где EV играют двойную роль: они выступают как биологически активный груз, но также служат структурными строительными блоками, сшивая биосовместимые полимеры для формирования инъекционного материала. Используя нестандартный подход с EV из йогурта, команда смогла преодолеть ограничения по выходу продукта, которые мешают разработке EV-биоматериалов. EV из йогурта позволили гидрогелю имитировать механику живой ткани и активно взаимодействовать с окружающими клетками, способствуя заживлению и регенерации тканей без дополнительных химических добавок.

«Этот проект начался с простого вопроса о том, как создать EV-гидрогели. EV из йогурта дали нам практический инструмент, но оказалось, что они не просто модель», — сказал Корреа, руководивший исследованием вместе с Артемис Маргаронис, аспиранткой NSF. — «Мы обнаружили, что они обладают врождённым регенеративным потенциалом, что открывает двери для новых, доступных терапевтических материалов».

Корреа возглавляет Лабораторию наноразмерной иммуноинженерии в Колумбийском университете, где его исследования сосредоточены на доставке лекарств и иммуноинженерии. Он также сотрудничал с Камом Леонгом, другим профессором Колумбийского университета, а также с исследователями из Университета Падуи, включая Элизу Чиметту и аспирантку Катерину Пьюнти. Объединив опыт команды из Падуи в области получения EV из сельскохозяйственных продуктов с опытом лаборатории Корреа в наноматериалах и полимерных гидрогелях, команда продемонстрировала силу междисциплинарного международного сотрудничества в инновациях биоматериалов.

Используя EV из йогурта, команда определила параметры для создания гидрогелей, которые включают EV как структурные и биологические элементы. Они также подтвердили подход с EV, полученными из клеток млекопитающих и бактерий, показав, что платформа модульна и совместима с различными источниками везикул. Это может открыть путь к новым применениям в заживлении ран и регенеративной медицине, где современные методы часто не способствуют долгосрочному восстановлению тканей. Интеграция EV в структуру гидрогеля обеспечивает длительную доставку их биологически активных сигналов, а инъекционная форма позволяет локально воздействовать на повреждённые ткани.

Первые эксперименты показали, что гидрогели с EV из йогурта биосовместимы и стимулируют активное образование новых кровеносных сосудов у мышей уже через неделю. Это демонстрирует, что сельскохозяйственные EV не только полезны для фундаментальных исследований, но и обладают терапевтическим потенциалом как биотехнология нового поколения. У мышей материал не вызвал побочных реакций, а, напротив, способствовал ангиогенезу — ключевому этапу регенерации тканей. Команда Корреа также обнаружила, что гидрогель создаёт уникальную иммунную среду, богатую противовоспалительными клетками, что может способствовать процессам восстановления тканей. Сейчас учёные исследуют, как этот иммунный ответ может помочь в регенерации.

«Возможность создать материал, который имитирует естественную среду организма и ускоряет заживление, открывает новые горизонты для регенеративной медицины», — сказала Маргаронис. — «Такие моменты напоминают мне, почему исследования в биомедицинской инженерии всегда на грани чего-то захватывающего».

Источники:

Материалы предоставлены Колумбийским университетом.