Yürüyen Molekül Üst Yapıları Nöronların Oluşturulmasına Yardımcı Olabilir mi?

Cerrahların nörodejeneratif hastalıklarla veya beyin ve omurilik yaralanmalarıyla yaşayan hastalara sağlıklı nöronlar nakledebileceğini ve bu nöronları laboratuvarda bir hastanın kendi hücrelerinden, 3 boyutlu baskıya uygun sentetik, oldukça biyoaktif bir malzeme kullanarak büyütebileceklerini hayal edin. Northwestern Üniversitesi araştırmacıları, beyin dokusunun özelliklerini taklit edebilen yeni bir basılabilir biyomateryal keşfederek, rejeneratif tıbbı kullanarak bu koşulları tedavi edebilecek bir platform geliştirmeye artık daha yakın olduklarını bildirmişlerdir. Keşif için önemli bir bileşen, malzeme içindeki moleküllerin kendi kendine birleşme süreçlerini kontrol etme yeteneği olmakla birlikte bu da araştırmacıların sistemlerin yapısını ve işlevlerini nano ölçekten görünür özelliklerin ölçeğine değiştirmesine olanak tanımaktadır.

Samuel I. Stupp'un laboratuvarı Science dergisinde, malzemelerin uzun mesafelerde göç etmek ve daha büyük, üstyapılı nanolif demetleri oluşturmak için kendi kendine organize olmak üzere programlanmış oldukça dinamik moleküllerle tasarlanabileceğini gösteren bir 2018 makalesi yayınlamıştır. Şimdi, Stupp liderliğindeki bir araştırma grubu, bu üst yapıların nöron büyümesini artırabildiğini göstermiş olmakla birlikte bunun, Parkinson ve Alzheimer hastalığı gibi nörodejeneratif hastalıkların yanı sıra omurilik yaralanması için hücre nakli stratejileri için etkileri olabilecek önemli bir bulgu olduğuna dikkat çekmişlerdir. Çalışmanın baş yazarı ve Northwestern Simpson Querrey Enstitüsü'nün yöneticisi olan Stupp, bunun, 2018'de rapor ettikleri moleküler yeniden karıştırma fenomenini alıp rejeneratif tıpta bir uygulama için kullanabilecekleri ilk örnek olduğunu belirtmiştir. Stupp, terapileri keşfetmeye ve patolojileri anlamaya yardımcı olmak için yeni biyomateryalin yapılarını da kullanabileceklerini de sözlerine eklemiştir. Supramoleküler kendi kendine montajın öncüsü olan Stupp, aynı zamanda Malzeme Bilimi ve Mühendisliği, Kimya, Tıp ve Biyomedikal Mühendisliği Mütevelli Heyeti Profesörüdür ve McCormick Mühendislik Okulu ve Feinberg Tıp Fakültesi 'nde atamalara sahiptir. Yeni materyal, kimyada proteinler arasındaki tuş kilidi etkileşimlerini taklit eden konak-konuk kompleksleri olarak bilinen etkileşimlerin ve ayrıca bu etkileşimlerin yürüyen moleküllerin uzun ölçekli göçü yoluyla mikron ölçekli bölgelerde yoğunlaşmasının bir sonucu hızla sertleşen iki sıvının karıştırılmasıyla oluşturulmaktadır. Çevik moleküller, büyük üst yapılarda birleşmek için kendilerinden binlerce kat daha büyük bir mesafeyi kaplamakla birlikte mikroskobik ölçekte, bu göç, yapıda pişmemiş bir ramen eriştesi yığını gibi görünen şeyden halat benzeri demetlere dönüşmesine neden olmaktadır.

Konak-konuk etkileşimleri

Stupp laboratuvarında bir araştırma görevlisi ve makalenin ilk yazarı, grubun eski bir yüksek lisans öğrencisi olan Alexandra Edelbrock ile birlikte Tristan Clemons, tıpta polimer hidrojeller gibi kullanılan tipik biyomateryallerin, moleküllerin kendi kendine birleşmesine ve bu düzenekler içinde hareket etmesine izin verme yeteneklerine sahip olmadıklarını belirtmişlerdir. Ayrıca bu fenomenin, burada geliştirdikleri sistemlere özgü olduğunu sözlerine eklemişlerdir. Dahası, dinamik moleküller üst yapı oluşturmak için hareket ettikçe, hücrelerin biyomalzemelere entegre edilebilen biyoaktif sinyallere nüfuz etmesine ve etkileşime girmesine izin veren büyük gözenekler açılmaktadır. İlginç bir şekilde, 3D baskının mekanik kuvvetleri üst yapılardaki konak-konuk etkileşimlerini bozduğu ve malzemenin akmasına neden olduğu, ancak etkileşimlerin kendiliğinden montajla geri yüklendiği için herhangi bir makroskopik şekle hızla katılaştığı bildirilmiştir. Araştırmacılar bu aynı zamanda, etkileşimlerini incelemek için farklı nöral hücre türlerini barındıran farklı katmanlara sahip yapıların 3D yazdırılmasına da olanak tanıdığını ifade etmişlerdir. Ekip nöronlara bir kavram kanıtı uyguladığına göre, Stupp artık malzemeye farklı kimyasal diziler uygulayarak rejeneratif tıbbın diğer alanlarına girebileceğine inandığını belirtmiştir. Araştırmacılar biyomalzemelerdeki basit kimyasal değişikliklerin, geniş bir doku yelpazesi için sinyal sağlamalarına izin vereceğini ifade etmişlerdir.