Das Korea Research Institute of Standards and Science hat ein neues Prinzip zur Kontrolle der Mikroumgebung biologischer Gewebe vorgestellt, um die Wundheilung und -regeneration zu fördern. Diese Entdeckung ist vielversprechend für die Entwicklung von Medikamenten zur Wundheilung sowie für die Forschung zu fibrotischen Erkrankungen und Krebs.
Die KRISS Nanobio Measurement Group hat den Mechanismus der Fibrose bei der Wundheilung und -regeneration durch Forschung an Hautzellen aufgeklärt. Darüber hinaus schlugen sie eine Methode zur mechanischen Kontrolle der Mikroumgebung biologischer Gewebe rund um Wunden vor, um die Fibrose auf lokaler Ebene zu regulieren.
Fibrose ist ein Phänomen, bei dem die extrazelluläre Matrix, die Zellen umgibt, Substanzen wie Kollagen absondert, was zur Versteifung biologischer Gewebe führt. Ein typisches Beispiel ist die Bildung von Narbengewebe in Wunden. Wenn dies normal geschieht, spielt es eine entscheidende Rolle bei der Wundheilung und Regeneration. Eine übermäßige Fibrose kann jedoch zu Erkrankungen führen, bei denen Organe wie Leber, Lunge und Herz versteifen, oder zu Autoimmunerkrankungen wie Sklerodermie führen.
Fibrose entsteht, wenn sich Fibroblasten zu Myofibroblasten differenzieren. Um die Fibrose zu kontrollieren, ist es daher wichtig, die Bedingungen im Körper zu verstehen, die diese Differenzierung auslösen.
Laut der Beobachtung des KRISS-Forschungsteams mittels optischer Mikroskopie ist die Differenzierung von Fibroblasten am aktivsten, wenn der Elastingehalt der extrazellulären Matrix der Haut 20 % erreicht. Der normale Elastinspiegel beträgt 10 %, und eine Erhöhung dieses Wertes erhöht die Elastizität des biologischen Gewebes. Die Ergebnisse bestätigen die Bedeutung von Zusammensetzungsänderungen in den umgebenden Mikrogeweben für die Kontrolle der Fibrose.
Darüber hinaus identifizierte das Forschungsteam mithilfe hochpräziser Proteinanalysen Proteine, die an der Regulierung der Elastizität biologischer Gewebe beteiligt sind, und konnte durch Experimente beweisen, dass die Regulierung dieser Proteine die Differenzierung von Fibroblasten fördern kann.
In der konventionellen Forschung zur Fibrosebekämpfung wurden chemische Methoden eingesetzt, bei denen Wachstumsfaktoren wie EGF zu Zellen hinzugefügt werden, um die Differenzierung von Fibroblasten zu fördern. Im Gegensatz dazu besteht die neue Errungenschaft von KRISS darin, die Elastizität biologischer Gewebe im lokalen Bereich zu verändern, um die Differenzierung von Fibroblasten zu regulieren. Dies gilt als sicherer als die vorherige Methode, da es unerwartete Kettenreaktionen verhindert, die Wachstumsfaktoren innerhalb von Zellen auslösen könnten.
Dieser Erfolg wurde durch die Integration der einzigartigen Technologien von KRISS für nichtlineare optische Bildgebung und Proteinanalyse erzielt. Die nichtlineare optische Bildgebungstechnologie ermöglicht die Beobachtung von Kollagen in Proben ohne Färbung, wodurch Schäden an winzigen Proben während des Färbevorgangs vermieden werden. Die Proteinanalysetechnologie dient der genauen Quantifizierung von in biologischen Proben vorhandenen Proteinen und liefert Informationen über zelluläre Proteine basierend auf dem Elastingehalt.
Diese Errungenschaft kann nicht nur auf die Entwicklung ergänzender Medikamente zur Wundheilung durch Kontrolle der zellulären Mikroumgebung angewendet werden, sondern auch auf zusätzliche Forschungsarbeiten zur Behandlung verwandter Krankheiten wie Leberfibrose, Lungenfibrose und Herzfibrose. Da bekannt ist, dass die Menge an Elastin die Proliferation von Krebszellen beeinflusst, werden die Ergebnisse voraussichtlich auch zur Forschung zur Kontrolle des Krebswachstums beitragen.
Dr. Se Hwa Kim, ein Hauptforscher der KRISS Nanobio Measurement Group, erklärte: „Die Konvergenz fortschrittlicher Biomesstechnologien von KRISS hat zu diesem Erfolg geführt. Wir planen, die Forschung zu verschiedenen Fibrosemechanismen unter Verwendung von Organzellen und Haut auszuweiten.“ Zellen.“
Die Forschung ist veröffentlicht im Tagebuch Biomaterialforschung.
Mehr Informationen:
Nhuan T. Do et al., Zeitsequentieller Übergang von Fibroblasten zu Myofibroblasten in elastinvariablen 3D-Hydrogelumgebungen durch Kollagennetzwerke, Biomaterialforschung (2023). DOI: 10.1186/s40824-023-00439-x