Naukowcy z Uniwersytetu Rice (Teksas, USA) opracowali specjalną platformę, która wytwarza zmodyfikowane komórki zdolne do ciągłej produkcji cytokin bezpośrednio w ranie. Wyniki analiz wskazują, iż rozwiązanie może wspierać szybsze gojenie ran i lepszą regenerację tkanek.
Czym są cytokiny i jaką funkcję pełnią w gojeniu ran?
Wydłużone gojenie ran może wynikać z trudności organizmu w dostarczaniu trwałych sygnałów immunologicznych, które koordynują naprawę tkanek. Kluczową rolę w regulacji stanu zapalnego i gojeniu odgrywają cytokiny, białka sygnałowe układu odpornościowego.
W fazie zapalnej cytokiny prozapalne wywołują stan zapalny. Poszerzają naczynia krwionośne, dzięki czemu białe krwinki docierają do rany, a następnie mobilizują je do walki z bakteriami i wspierają oczyszczanie. W fazie proliferacji następuje zmiana sygnałów na przeciwzapalne, co wspiera stymulację namnażania fibroblastów i komórek naskórka. Tworzy się nowa tkanka łączna i nowe naczynia krwionośne. W fazie przebudowy cytokiny nadzorują uporządkowanie włókien kolagenowych i wspierają tworzenie się trwałej i elastycznej blizny.
Zarówno zbyt niski, jak i zbyt wysoki poziom aktywności cytokin, prowadzi do zaburzeń gojenia. Dlatego tak ważna jest odpowiednia liczba tych białek, by gojenie rany przebiegało jak najsprawniej.
Platforma produkująca cytokiny
W najnowszych badaniach naukowców z Uniwersytetu Rice w Teksasie, których wyniki opublikowano w „Nature Biomedical Engineering”, udało się opracować platformę, która wspiera produkcję i optymalne dostarczanie cytokin do miejsca uszkodzenia tkanek.
Rozwiązanie opiera się na platformie komórkowego dostarczania leków. Genetycznie zmodyfikowane komórki umieszczone zostały w biokompatybilnej matrycy. Naukowcy wykorzystali komórki APRE-19, które zaprogramowano do produkcji wybranych cytokin, m.in. IL-10, IL-12, TGF-β.
Komórki zostały zamknięte w hydrożelowej strukturze, która pozwala na przenikanie składników odżywczych oraz produkcję białek terapeutycznych. Jednocześnie matryca chroni komórki przed układem odpornościowym gospodarza. Platforma działa jak biologiczna fabryka, która stale produkuje cząsteczki w miejscu rany.
Źródło zdjęcia: news.rice.eduSkuteczna aktywacja naturalnej reakcji organizmu na proces gojenia
Rozwiązanie zostało przetestowane na modelach zwierzęcych. Wyniki wykazały, iż miejscowe dostarczanie cytokin przyspieszyło gojenie oraz poprawiło regenerację tkanek. Podobne efekty zaobserwowano zarówno na małych modelach zwierzęcych, jak i większych, które lepiej odzwierciedlają fizjologię człowieka.
– Odkrycia pokazują, jak ciągłe, zlokalizowane dostarczanie cytokin może wspierać najważniejsze szlaki biologiczne zaangażowane w naprawę tkanek – powiedział Omid Veiseh, profesor bioinżynierii na Uniwersytecie Rice i dyrektor wydziału Rice Biotech Launch Pad. – Utrzymując stałą obecność tych cząsteczek sygnałowych w miejscu rany, możemy skuteczniej aktywować naturalną reakcję organizmu na proces gojenia – dodał ekspert.
Badacze podkreślają również, iż system można przeprogramować do produkcji różnych kombinacji, w tym czynników wzrostu, białek terapeutycznych czy innych cząsteczek biologicznych. Matryca może również współpracować z rozwiązaniami bioelektronicznymi.
– Możliwość dostrojenia zarówno rodzaju, jak i czasu podawania cytokin otwiera drogę do bardziej precyzyjnej kontroli procesu gojenia. Przyszłe prace będą koncentrować się na zwiększeniu elastyczności platformy, w tym na takich podejściach, jak kontrola optogenetyczna, która reguluje wydzielanie cytokin w czasie rzeczywistym – dodał prof. Veiseh.
Źródła:
