Tirer parti d'une expertise unique dans un esprit de collaboration est l'une des formules de réussite de l'Université Carnegie Mellon. Au cours des trois dernières années, Phil Campbell et Xi (Charlie) Ren se sont associés pour des recherches liées au contrôle spatial des vésicules extracellulaires (VE). Leurs efforts ont abouti à une nouvelle stratégie qui permet la rétention spatiale à long terme des véhicules électriques, une variable clé pour permettre de futures applications d'ingénierie tissulaire et de médecine régénérative.

"Les véhicules électriques peuvent être considérés comme des communicateurs universels, non seulement dans le corps, mais dans tous les êtres vivants", a expliqué Campbell, professeur-chercheur en génie biomédical. "Ils se produisent naturellement, sont biocompatibles et peuvent être utilisés pour transmettre des messages entre les cellules à l'échelle nanométrique."

Des études ont montré que les thérapies à base de VE sont moins susceptibles de déclencher des réponses immunitaires indésirables et ne posent pas les mêmes problèmes logistiques et réglementaires que les thérapies à base de cellules vivantes. Cependant, bien que riches en potentiel, les véhicules électriques livrés sous leur forme naturelle sont généralement sujets à une élimination rapide et manquent généralement d'une livraison ciblée contrôlée. Dans certaines applications, un dosage prolongé répété est nécessaire, ce qui présente des défis à la fois en termes d'efficacité et d'efficacité globales.

"Notre travail découle d'une question très simple", a déclaré Ren, professeur adjoint de génie biomédical. "Il existe de nombreux aspects du contrôle de la fonction biologique des VE, mais si nous pouvons assurer la rétention (des VE), pouvons-nous faire quelque chose de grand ? L'un des meilleurs moyens de faire avancer la recherche est de parler à d'autres professeurs qui ont une expertise différente. Nous ont pris les aspects et les outils de chimie de mon laboratoire et les ont couplés à la plate-forme EV développée par le laboratoire de Phil pour présenter une nouvelle technologie innovante."

Dans des recherches récentes publiées dans Biomaterials , le groupe a décrit une méthode pour immobiliser les véhicules électriques dérivés de cellules souches mésenchymateuses (MSC) dans des hydrogels de collagène pour augmenter l'angiogenèse, ou la formation de nouveaux vaisseaux sanguins, qui est une étape critique pour la plupart des applications réparatrices et régénératives. Concrètement, les patients diabétiques souffrant de maladies vasculaires, où les artères sont durcies dans tout leur corps, pourraient bénéficier de biomatériaux pro-angiogéniques comme ceux-ci.

Pour ce faire, les chercheurs ont incorporé une étiquette chimique sélective sur la surface extérieure de l'EV, qui n'affecte pas ses propriétés morphologiques ou fonctionnelles. Grâce à cette étiquette chimique, les véhicules électriques peuvent être efficacement enracinés dans des implants d'hydrogel et provoquer une infiltration plus robuste des cellules hôtes. Dans l'étude, les réponses angiogéniques et immunorégulatrices sont comparées à 10 fois la dose plus élevée requise en utilisant des véhicules électriques conventionnels non immobilisés.

"En un mot, ce que nous avons maintenant la capacité de faire, c'est de contrôler spatialement où nous mettons les véhicules électriques et de les y maintenir dans des conditions contrôlées", a résumé Campbell. "Nous avons spécifiquement examiné la promotion de l'angiogenèse pour cet article, mais plus largement, cette technique pourrait conduire à des applications thérapeutiques accrues pour la cicatrisation des plaies et d'autres thérapies régénératives et réparatrices."

Des efforts pour appliquer cette plate-forme EV à l'ingénierie des tissus osseux comme alternative au titane sont également en cours. Le groupe conçoit des échafaudages et explore la fonctionnalisation pour surmonter les défis actuels que le titane présente en tant que régénérateur limité lorsqu'il est implanté dans le corps.

"Nous espérons que nous pourrons concevoir un moyen d'infuser des matériaux non biologiques, tels qu'un implant métallique, avec cet hydrogel, avec EV chargé, qui pourrait encourager le corps à prendre l'implant étranger parmi les parties du corps", a déclaré Ren. + Explorer plus loin

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