Polipeptydowy hydrożel przeciwdrobnoustrojowy, który pomoże w regeneracji tkanek
Nasze ciała dobrze sobie radzą z naprawą niewielkich urazów, o ile nie przekraczają one krytycznego progu. Przykładowo: komórki skóry są stale odnawiane po niewielkich skaleczeniach lub oparzeniach, a wątroba może się nawet regenerować. Jednak w trakcie procesu regeneracji tkanki są bardzo podatne na zakażenia drobnoustrojami, co czasem skutkuje konsekwencjami zagrażającymi życiu. Choć ryzyko takie można zmniejszyć za pomocą antybiotyków, oporność na środki przeciwdrobnoustrojowe coraz bardziej zmniejsza ich skuteczność. Jednym ze sposobów rozwiązania tego problemu jest regeneracja tkanek ułatwiona przez rusztowania, które zapewniają zarówno mechaniczne wsparcie i kształt dla wzrostu komórek, jak i potrzebne im środowisko, dostarczając niezbędnych składników odżywczych i zapewniając odpowiednie pH. „Hydrożele wykonane z naturalnych polimerów, takich jak kolagen i żelatyna, są najczęściej stosowanymi materiałami do tworzenia rusztowań, ponieważ naśladują naszą naturalną macierz zewnątrzkomórkową, ale nie mają one właściwości antybakteryjnych”, wyjaśnia Andreas Heise, koordynator projektu GelPrint, który został zrealizowany przy wsparciu z działania „Maria Skłodowska-Curie”. Aby stworzyć przeciwdrobnoustrojowe materiały o lepszych właściwościach, zespół projektu GelPrint przeanalizował hydrożele z nowych polipeptydów w kształcie gwiazdy, z ośmioma ramionami tworzącymi połączenie aminokwasów: cysteiny, lizyny i tyrozyny, w różnych proporcjach.
Tworzenie biblioteki hydrożeli
Zaletą podejścia stosowanego przez badaczy jest to, że polipeptydy gwiaździste można uzyskać dzięki użyciu szybkich procesów polimeryzacji. Zespół stwierdził, że polipeptydy gwiezdne tworzyły hydrożele o zawartości około 90 % wody, bardzo przydatne do wzrostu komórek. „Opracowaliśmy przeciwdrobnoustrojowy hydrożel składający się wyłącznie z naturalnych aminokwasów – polipeptyd. Pozostała kwestia tego, w jaki sposób przetworzyć te materiały chemicznie, by łączyły w sobie wszystkie pożądane właściwości”, dodaje Heise z Royal College of Surgeons w Irlandii. Badacze z projektu GelPrint lubią pracę z polipeptydami, ponieważ można łatwo zwiększyć ich skalę do kilkuset gramów, jednak aby możliwe było zaprojektowanie materiału, który łączy w sobie różne właściwości, trzeba by najpierw poznać struktury molekularne, które je stworzyły. „Opracowaliśmy mapę struktura/właściwość, aby wybrać najlepsze materiały i dowiedzieć się, w jaki sposób niewielkie zmiany strukturalne wpływają na właściwości hydrożelu. To iteracyjne podejście dało nam bibliotekę struktur polipeptydowych”, mówi Heise. Następnie zespół zbadał właściwości reologiczne hydrożeli – to, jak reagują one na ciśnienie. Przeprowadził również eksperymenty dotyczące cytotoksyczności, aby upewnić się, że z hydrożeli nie wycieknie nic szkodliwego dla komórek, co potwierdził. „Spośród nich wybraliśmy kandydatów do badań przeciwdrobnoustrojowych. Co ciekawe, wstępne wyniki pokazują, że wybrane przez nas materiały zapobiegły wzrostowi dwóch szczepów bakterii", zauważa Heise.
Reakcja na rosnące zagrożenie
Oporność na środki przeciwdrobnoustrojowe jest uważana przez Światową Organizację Zdrowia za coraz poważniejsze zagrożenie dla globalnego zdrowia publicznego. W samej Unii Europejskiej jest ona przyczyną około 33 000 zgonów każdego roku. Oprócz tragedii osobistych zgony te wiążą się z kosztami dla opieki zdrowotnej i utratą wydajności, szacowanymi na 1,5 mld euro rocznie. „Nasze hydrożele mogłyby być stosowane jako krem, maść lub opatrunek w leczeniu ran. W przypadku regeneracji tkanek można by je drukować w 3D, aby stworzyć dokładnie taki kształt, jaki jest potrzebny”, podsumowuje Heise. Zespół ma również nadzieję, że jego praca przyczyni się do znalezienia nowych środków przeciwdrobnoustrojowych, przeciwko którym patogeny nie będą mogły rozwinąć oporności. Na razie badacze pracują nad lepszym zrozumieniem specyfiki reakcji drobnoustrojów na hydrożele, zanim przejdą od próbek laboratoryjnych do próbek klinicznych.
Słowa kluczowe
GelPrint, hydrożel, oporność na środki przeciwdrobnoustrojowe, polipeptyd, regeneracja tkanek, infekcja, aminokwasy
