Hidrogel probiótico para curar heridas intestinales

Para proteger heridas internas, donde los materiales de curación convencionales son ineficaces, investigadores del Instituto Wyss de Ingeniería Biológica de Harvard y la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson (SEAS) de Estados Unidos desarrollaron hidrogeles probióticos hechos de nanofibras mucoadhesivas. Estos hidrogeles son producidos a partir del diseño de una bacteria intestinal natural. Se crean a partir de cultivos bacterianos y se pueden aplicar como “geles vivos” de auto-regeneración de mayor duración o “geles libres de células” de menor duración a las superficies intestinales dañadas mediante jeringas, aerosoles y técnicas endoscópicas para sellar la zona. El estudio se publica en Advanced Materials.

“Este nuevo tipo de material vivo diseñado con su facilidad de producción y capacidad de almacenamiento, biocompatibilidad y propiedades mucoadhesivas podría abrir la puerta a estrategias bioactivas de curación de heridas para su uso dentro del intestino”, dijo Neel Joshi, que es un cuerpo docente principal. Miembro del Instituto Wyss y profesor asociado de SEAS. “Podemos esencialmente programar la maquinaria molecular normal productora de nanofibras de E. Coli no patógena para producir hidrogeles que tienen una viscosidad muy parecida a la del moco, y con capacidades mucoadhesivas incorporadas; y su modularidad podría permitirnos ajustarlos para que coincidan con secciones específicas del tracto gastrointestinal con sus composiciones y estructuras de moco individuales”.

El laboratorio de Joshi y otros han aprovechado previamente cepas comensales de E. coli para secretar nanofibras formadoras de biopelículas, y como fábricas vivas de productos farmacéuticos, productos químicos finos o sustancias que pueden ayudar con la remediación ambiental mediante la ingeniería de la proteína CsgA que las bacterias secretan, que se autoensambla en nanofibras de curli en el entorno extracelular. En las aplicaciones pasadas, CsgA se modificó para permitir funciones enzimáticas o estructurales adicionales, como el rendimiento de una reacción química requerida para la síntesis de un fármaco o químico. Sin embargo, hasta ahora los materiales basados en nanofibras curli no se han desarrollado para uso directo como terapéuticos.

 

Para permitir la formación de hidrogeles extracelulares, los investigadores programaron una cepa no patógena de la bacteria intestinal E. coli para sintetizar una variante de la proteína CsgA curli que se fusiona con el dominio de unión a la mucosa de los factores trefoil humanos (TFF). Los TFF son secretados conjuntamente por las células productoras de moco para proteger los epitelios de la mucosa y ayudarlos a reparar lesiones. Un simple paso de filtración permite la separación limpia del hidrogel que contiene bacterias vivas del resto del cultivo, mientras que los geles libres de células requieren un paso adicional en el que las bacterias se eliminan con un tratamiento químico simple. “Creemos que la presencia de los TFF permite que diferentes fibras curli se entrecrucen entre sí y formen una malla de almacenamiento de agua, y demostramos que las propiedades exactas del hidrogel dependen del tipo de TFF utilizado”, dijo la autora Anna Duraj-Thatte, quien es becaria postdoctoral de la Escuela de Graduados de Artes y Ciencias del equipo de Joshi.

En colaboración con Jeffrey Karp y el instructor de medicina Yuhan Lee en el Hospital Brigham and Women, el equipo probó la especificidad de la adhesión tisular en función del tipo de dominios adjuntos en el hidrogel. Cuando se presentaron TFF en los hidrogeles, mejoraron la adhesión solo a la superficie mucosa expuesta a la luz de una muestra de tejido de colon de cabra. Alternativamente, cuando un dominio se une a la proteína de fibronectina, que no se encuentra en la mucosa, sino en la superficie serosa del colon hacia afuera, los hidrogeles se adhieren preferentemente al lado seroso de la muestra de tejido de colon.

“Dado que los hidrogeles con diferentes dominios TFF se pueden rociar fácilmente sobre las superficies de los tejidos con adherencia controlable y actividad funcional, prevemos su posible uso en procedimientos endoscópicos para tratar trastornos intestinales, como un vendaje en aerosol”, dijo Karp, quien es profesor de medicina en Brigham and Women’s Hospital y Harvard Medical School.

Cuando se administran por vía oral a ratones, los geles vivos que contienen células pueden soportar el pH y las condiciones digestivas del estómago y el intestino delgado para alcanzar el ciego con la bacteria intacta. El equipo también descubrió que los hidrogeles con un dominio TFF particular (TFF2) aumentaron la retención del material en el colon. “La presencia de bacterias en geles vivos prolongó sus tiempos de residencia en el intestino de un día a al menos cinco días debido a la capacidad de las bacterias para regenerar continuamente las redes de fibra curli que están decoradas con TFF, sin afectar la salud de los ratones de ninguna manera obvia camino “, dijo Joshi.

El estudio fue financiado por el Instituto Wyss de Ingeniería Biológica de Harvard, los Institutos Nacionales de Salud y la Fundación Nacional de Ciencias.

Nota original: https://news.harvard.edu/gazette/story/2019/08/probiotic-hydrogels-heal-gut-wounds-other-bandages-cant-reach/

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