Cercetătorii dezvoltă o nouă strategie pentru controlul eliberării peptidelor terapeutice din particule de gelatină
Inginerii de la Rice University au elaborat o nouă strategie pentru a controla modul în care peptidele terapeutice sunt eliberate din materiale pe bază de gelatină, un pas ce ar putea face aceste molecule mici, dar puternice, mai utile în ingineria țesuturilor și livrarea medicamentelor.
Peptidele pot fi concepute pentru a încuraja procese biologice precum formarea oaselor, creșterea vaselor de sânge și repararea țesuturilor. Comparativ cu proteinele mai mari, acestea sunt adesea mai stabile și mai ușor de fabricat. Totuși, dimensiunea lor mică creează o provocare majoră în livrare: atunci când sunt plasate în materiale bogate în apă, cum ar fi hidrogelurile, peptidele pot difuza rapid, în loc să rămână la locul tratamentului pentru zile sau săptămâni, așa cum este necesar pentru a susține vindecarea.
Într-un nou studiu publicat în Cell Biomaterials, inginerii de la Rice, conduși de Antonios Mikos, au abordat această problemă prin ajustarea sarcinii electrice a unei peptide model care promovează formarea oaselor și a microparticulelor de gelatină utilizate pentru a o transporta. Aceștia au descoperit că atracția electrostatică dintre peptide și gelatină – similară atracției dintre poli opuși ai magnetilor – ar putea încetini eliberarea peptidei timp de două până la trei săptămâni.
Peptidele terapeutice sunt promițătoare deoarece pot fi concepute pentru a îndeplini funcții biologice foarte specifice, dar dimensiunea lor mică face dificilă menținerea lor în loc și eliberarea treptată. „Prin modificarea sarcinii peptidei, am reușit să întărim interacțiunea acesteia cu purtătorul de gelatină și să extindem semnificativ eliberarea acesteia”, a declarat Antonios Mikos.
Studiul s-a concentrat pe peptidele de creștere osteogenică (OGP), o moleculă mică asociată cu formarea oaselor. Cercetătorii au adăugat secvențe scurte de aminoacizi încărcați peptidei, creând versiuni pozitive, negative și echilibrate electric. Apoi, au încărcat peptidele modificate în microparticule de gelatină. Gelatina a fost selectată pentru că este biocompatibilă, utilizată frecvent în medicina regenerativă și are o sarcină electrică naturală care poate varia în funcție de modul în care este procesată; această versatilitate a permis echipei să studieze sistematic modul în care sarcina atât a peptidei, cât și a purtătorului afectează încărcarea și eliberarea.
Cercetătorii au atașat, de asemenea, secvențe de peptide încărcate direct la unele dintre particulele de gelatină pentru a determina dacă adăugarea unor locații de sarcină concentrate pe purtător ar oferi un control suplimentar. Aceștia au măsurat cât de multă peptide puteau reține particulele, cât de repede era eliberată peptidele și dacă modificările au schimbat umflarea sau degradarea particulelor.
Rezultatele au arătat că sarcina electrică adăugată peptidei terapeutice a jucat cel mai mare rol în determinarea comportamentului acesteia. Modificările peptidei cu sarcină pozitivă au crescut, în general, retenția în particulele de gelatină și au redus eliberarea inițială „explozivă”, care apare adesea atunci când un material de livrare a medicamentului este plasat pentru prima dată într-un mediu lichid.
Sarcina purtătorului de gelatină a influențat, de asemenea, livrarea, însă adăugarea de secvențe suplimentar încărcate direct la gelatină a avut un efect mai limitat și nu a schimbat semnificativ umflarea sau degradarea generală a particulelor.
Un aspect notabil a fost că o versiune pozitiv încărcată a peptidei a fost eliberată treptat timp de 14 până la 21 de zile în condiții care imită aspecte ale unui mediu de țesut în vindecare. Abordările anterioare bazate pe hidrogel au întâmpinat adesea dificultăți în livrarea peptide mici și solubile timp de mai mult de câteva zile fără a le lega chimic de purtător.
„Acest studiu demonstrează că modificările relativ simple ale sarcinii pot oferi o modalitate puternică de a regla livrarea peptidei”, a spus Emily Jiang, autorul principal al studiului. „Deoarece peptidele sunt menținute prin interacțiuni noncovalente, mai degrabă decât fiind atașate permanent de purtător, acestea pot fi, totuși, eliberate în forma lor solubilă și pot rămâne disponibile pentru a interacționa cu celulele și țesuturile din jur.”
Această abordare ar putea ajuta cercetătorii să adapteze cât timp o peptide terapeutică rămâne activă în organism, permițând potențial crearea unui sistem de livrare care eliberează tratamente cu diferite rate. Deși echipa a evaluat o peptide legată de creșterea oaselor în acest studiu, aceeași strategie ar putea fi adaptată potențial pentru alte peptide care sprijină formarea vaselor de sânge sau regenerarea țesuturilor.
„Această platformă ne oferă mai multe variabile care pot fi reglate pentru a crea un profil de eliberare dorit”, a declarat Mikos. „Scopul mai amplu este de a dezvolta sisteme de livrare adaptabile care să poată furniza peptide terapeutice în locul potrivit și pe o perioadă corectă de timp pentru o aplicație regenerativă particulară.”
