Wissenschaftler haben ein neues „biokooperatives“ Material auf Blutbasis entwickelt, das nachweislich erfolgreich Knochen repariert und so den Weg für personalisierte regenerative Blutprodukte ebnet, die als wirksame Therapien zur Behandlung von Verletzungen und Krankheiten eingesetzt werden könnten.
Forscher der Fakultäten für Pharmazie und Chemieingenieurwesen der Universität Nottingham haben Peptidmoleküle verwendet, die Schlüsselprozesse bei der natürlichen Heilung von Gewebe steuern können, um lebende Materialien zu schaffen, die die Geweberegeneration fördern. Die Forschung ist veröffentlicht In Fortschrittliche Materialien.
Die meisten unserer Körpergewebe haben sich so entwickelt, dass sie Risse oder Brüche mit bemerkenswerter Wirksamkeit regenerieren können, solange diese klein sind. Dieser Heilungsprozess ist sehr komplex. Die Anfangsstadien basieren auf flüssigem Blut, das das feste regenerative Hämatom (RH) bildet, eine reichhaltige und lebendige Mikroumgebung aus Schlüsselzellen, Makromolekülen und Faktoren, die die Regeneration steuern.
Das Team entwickelte eine selbstorganisierende Methode, bei der synthetische Peptide mit Vollblut des Patienten gemischt werden, um ein Material zu schaffen, das Schlüsselmoleküle, Zellen und Mechanismen des natürlichen Heilungsprozesses nutzt. Auf diese Weise war es möglich, regenerative Materialien zu entwickeln, die nicht nur die natürliche relative Luftfeuchtigkeit nachahmen, sondern auch deren strukturelle und funktionelle Eigenschaften verbessern.
Diese Materialien können leicht zusammengebaut, manipuliert und sogar in 3D gedruckt werden, während die normalen Funktionen der natürlichen relativen Luftfeuchtigkeit erhalten bleiben, wie etwa das normale Verhalten der Blutplättchen, die Bildung von Wachstumsfaktoren und die Rekrutierung relevanter Zellen, die für die Heilung wichtig sind. Mit dieser Methode hat das Team gezeigt, dass Knochen in Tiermodellen mit dem eigenen Blut des Tieres erfolgreich repariert werden kann.
Alvaro Mata, Professor für Biomedizintechnik und Biomaterialien an der School of Pharmacy und der Abteilung für Chemie- und Umweltingenieurwesen der Universität Nottingham und Leiter der Studie, sagte: „Seit Jahren suchen Wissenschaftler nach synthetischen Ansätzen, um das nachzubilden natürliche regenerative Umgebung, die sich aufgrund ihrer inhärenten Komplexität als schwierig erwiesen hat. Hier haben wir den Ansatz gewählt, mit der Biologie zu arbeiten, anstatt sie neu zu erschaffen.
„Dieser ‚biokooperative‘ Ansatz eröffnet Möglichkeiten zur Entwicklung regenerativer Materialien durch Nutzung und Verbesserung der Mechanismen des natürlichen Heilungsprozesses. Mit anderen Worten: Unser Ansatz zielt darauf ab, regenerative Mechanismen, die wir entwickelt haben, als Herstellungsschritte zur Entwicklung regenerativer Materialien zu nutzen.“
Cosimo Ligorio von der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der University of Nottingham ist Co-Autor der Studie. Er sagt: „Die Möglichkeit, das Blut von Menschen einfach und sicher in hochregenerative Implantate umzuwandeln, ist wirklich aufregend. Blut ist praktisch kostenlos und kann problemlos in relativ großen Mengen von Patienten gewonnen werden.“
„Unser Ziel ist es, ein Toolkit zu entwickeln, das leicht zugänglich ist und im klinischen Umfeld verwendet werden kann, um das Blut von Patienten schnell und sicher in reichhaltige, zugängliche und einstellbare regenerative Implantate umzuwandeln.“
Weitere Informationen:
Soraya Padilla-Lopategui et al., Biokooperative regenerative Materialien durch Nutzung der Blutgerinnung und der Selbstorganisation von Peptiden, Fortschrittliche Materialien (2024). DOI: 10.1002/adma.202407156