Wetenschappers ontwerpen een 'slimme' techniek voor wondgenezing
Nieuw onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde materialen, maakt de weg vrij voor "een nieuwe generatie materialen die actief met weefsels werken om [wond] genezing te stimuleren."
Naarmate er meer en meer chirurgische ingrepen worden uitgevoerd in de Verenigde Staten, neemt ook het aantal postoperatieve wondinfecties toe.
Chronische wonden die niet genezen - zoals die bij diabetes voorkomen - bevatten vaak een breed scala aan bacteriën in de vorm van een biofilm.
Dergelijke biofilmbacteriën zijn vaak zeer goed bestand tegen behandeling, en antimicrobiële resistentie vergroot alleen de kans dat deze wonden geïnfecteerd raken.
Volgens recente schattingen treffen ongeveer 5,7 miljoen mensen in de VS chronische wonden.Sommige chronische wonden kunnen leiden tot amputaties, zoals het geval is bij diabetische ulcera.
Op mondiaal niveau schatten onderzoekers dat elke 30 seconden een chronische, niet-genezende diabetische zweer een amputatie veroorzaakt.
In deze context is er een grote behoefte aan innovatieve, effectieve methoden voor wondgenezing. Nieuw onderzoek is in dit opzicht veelbelovend, aangezien wetenschappers een molecuul hebben bedacht dat helpt om de natuurlijke genezende krachten van het lichaam te benutten.
De moleculen worden door tractiekracht geactiveerde ladingen (TrAP's) genoemd. Het zijn groeifactoren die ervoor zorgen dat materialen zoals collageen op een natuurlijke manier in wisselwerking staan met de weefsels van het lichaam.
Ben Almquist, Ph.D., een docent in de afdeling engineering aan Imperial College London in het Verenigd Koninkrijk, leidde het nieuwe onderzoek.
TrAP-technologie en wondgenezing
Materialen zoals collageen worden vaak gebruikt bij wondgenezing. Collageensponzen kunnen bijvoorbeeld brandwonden behandelen en collageenimplantaten kunnen botten helpen regenereren.
Maar hoe reageert collageen met weefsel? In zogenaamde steigerimplantaten bewegen cellen zich door de collageenstructuur en trekken ze de steiger mee. Dit triggert genezende eiwitten, zoals groeifactoren, die het weefsel helpen regenereren.
In de nieuwe studie hebben Almquist en het team TrAP-moleculen ontwikkeld om dit natuurlijke proces na te bootsen. De wetenschappers 'vouwden' DNA-strengen in aptameren, dit zijn driedimensionale vormen die zich binden aan eiwitten.
Vervolgens ontwierpen ze een "handvat" waar cellen aan vastgrijpen. Ze bevestigden cellen aan het ene uiteinde van het handvat en een collageensteiger aan het andere uiteinde.
Laboratoriumtests lieten zien dat de cellen de TrAP's meesleepten terwijl ze door de collageenimplantaten bewogen. Dit activeerde op zijn beurt de groei-eiwitten die het genezingsproces in het weefsel op gang brachten.
De wetenschappers leggen uit dat deze techniek genezingsprocessen nabootst die overal in de natuurlijke wereld bestaan. "Het gebruik van celbeweging om genezing te activeren, wordt gevonden in wezens variërend van zeesponzen tot mensen", zegt Almquist.
"Onze aanpak bootst ze na en werkt actief met de verschillende soorten cellen die na verloop van tijd in ons beschadigde weefsel terechtkomen om genezing te bevorderen", voegt hij eraan toe.
Een ‘nieuwe generatie’ geneeskrachtige materialen
Het onderzoek onthulde ook dat het aanpassen van de cellulaire handgreep het type cellen verandert dat zich aan de TrAP's kan hechten en vasthouden.
Hierdoor kunnen TrAPs op hun beurt gepersonaliseerde regeneratieve eiwitten afgeven op basis van de cellen die aan het handvat zijn gehecht.
Dit aanpassingsvermogen aan verschillende soorten cellen betekent dat de techniek kan worden toegepast op verschillende soorten wonden - variërend van botbreuken tot verwondingen aan littekenweefsel veroorzaakt door hartaanvallen en van zenuwbeschadiging tot diabetische ulcera.
Ten slotte zijn aptameren al goedgekeurd als geneesmiddelen voor klinisch gebruik bij de mens, wat zou kunnen betekenen dat de TrAP-techniek eerder vroeg dan laat algemeen beschikbaar zou kunnen worden.
"De TrAP-technologie biedt een flexibele methode om materialen te maken die actief communiceren met de wond en die belangrijke instructies geven wanneer en waar ze nodig zijn", legt Almquist uit.
"Dit soort intelligente, dynamische genezing is nuttig tijdens elke fase van het genezingsproces, heeft het potentieel om de kans op herstel van het lichaam te vergroten, en heeft verstrekkende toepassingen bij veel verschillende soorten wonden", voegt hij eraan toe.
De onderzoeker concludeert: "[d] zijn technologie heeft het potentieel om als geleider van wondherstel te dienen, door verschillende cellen in de loop van de tijd te orkestreren om samen te werken om beschadigde weefsels te genezen."
"Onze technologie zou kunnen helpen bij het lanceren van een nieuwe generatie materialen die actief samenwerken met weefsels om genezing te stimuleren."
Ben Almquist, Ph.D.
