Искусственные «живые повязки» могут стать новым способом лечения хронических ран, поскольку они доставляют сигналы, способствующие заживлению, непосредственно туда, где они нужны организму больше всего. Исследователи из Университета Райса разработали пластырь с «фабрикой цитокинов», который непрерывно высвобождает терапевтические белки в ране.

Хронические раны по-прежнему трудно поддаются лечению, поскольку организму часто не удается поддерживать иммунные сигналы, необходимые для восстановления тканей. Существующие методы лечения также имеют свои ограничения, поскольку заживляющие белки быстро разрушаются и не задерживаются в ране надолго.

Локализованные сигналы к заживлению

Команда Райса разработала пластырь как клеточную платформу для доставки, в которой модифицированные клетки используются в качестве миниатюрных фабрик. Эти клетки непрерывно вырабатывают цитокины в течение длительного времени, а не выбрасывают их короткими порциями.

Цитокины — это сигнальные белки, которые регулируют воспаление, иммунную активность и регенерацию тканей. Доставляя их непосредственно в область раны, пластырь поддерживает стабильную среду для заживления.

Устройство было разработано в лаборатории Омида Вейсе. Исследователи поместили клетки ARPE-19, способные секретировать цитокины, в том числе IL-10, IL-12 и TGF-β, в защитный биосовместимый матрикс.

Матрица позволяет питательным веществам и терапевтическим белкам проникать через материал, при этом защищая модифицированные клетки от иммунной системы хозяина. По словам исследователей, такая конструкция помогает обеспечить локальную доставку цитокинов в течение длительного времени.

В ходе доклинических исследований пластырь ускорял заживление иссеченных ран у мышей и свиней. Полученные результаты продемонстрировали потенциал устойчивой локальной иммуномодуляции при восстановлении тканей.

«Полученные данные показывают, что непрерывная локализованная доставка цитокинов может поддерживать ключевые биологические процессы, участвующие в восстановлении тканей», — сказал Вейсе. Он добавил, что поддержание постоянного поступления сигнальных молекул в область раны помогает более эффективно задействовать естественную реакцию организма на заживление.

Стволовые клетки в действии

Исследователи также изучили, как пластырь влияет на биологическую активность на клеточном уровне. Секвенирование РНК показало активацию нескольких путей, связанных с заживлением ран, после лечения.

Транскриптомный анализ показал повышенную активность генов, связанных с регенерацией тканей и иммуномодуляцией. Результаты позволили найти молекулярное объяснение более быстрому заживлению, наблюдаемому на животных моделях.

Платформа также обеспечивает гибкость, выходящую за рамки единой стратегии лечения. Исследователи разработали систему, позволяющую модифицировать сконструированные клетки для выработки различных комбинаций цитокинов, факторов роста или терапевтических белков.

Такая модульная структура может помочь в разработке будущих методов лечения различных типов ран и заболеваний. Команда также интегрировала оптимизированную гидрогелевую матрицу, которая в перспективе может работать в сочетании с биоэлектронными технологиями.

Расширение возможностей применения в будущем

Исследователи считают, что концепция «фабрики цитокинов» может быть применима не только для заживления ран. По их словам, эта платформа может обеспечить локальную доставку терапевтических белков при заболеваниях, требующих постоянной иммунной сигнализации в конкретной области. Кристиан Шрайб, доцент кафедры биоинженерии в Университете Райса и соавтор исследования, сказал, что теперь команда планирует улучшить контроль над доставкой цитокинов.

«Возможность регулировать тип и время доставки цитокинов открывает путь к более точному контролю над процессом заживления», — сказал Шрайб. Он добавил, что в будущем можно будет использовать оптогенетические системы, которые регулируют секрецию цитокинов в режиме реального времени. Исследование проводилось при поддержке Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов.