ابداع یک هیدروژل جدید برای درمان زخم‌های دیابتی

به نقل از ادونسد ساینس نیوز، «ژنگ لی»(Zheng Li) پژوهشگر «دانشگاه پکن»(PKU) گفت: ترمیم زخم دیابتی به دلیل تعادل ظریف تنظیم ایمنی به واسطه یک مکانیسم نامشخص، یک کار چالش‌برانگیز به شمار می‌رود. بنابراین، رمزگشایی امضاهای چندسلولی زیربنای ترمیم زخم دیابتی و جستجوی راهبردهای درمانی بسیار مهم است.

هیدروژل‌ها مواد ژله‌مانندی هستند که مقادیر زیادی مایع را در خود نگه می‌دارند. بدین ترتیب، آنها مرطوب و انعطاف‌پذیر می‌مانند و برای مراقبت از زخم عالی هستند. همچنین، هیدروژل‌ها می‌توانند مایعات ترشح‌شده را جذب کنند و با پوشاندن کامل زخم‌ها، جلوی ورود باکتری‌های مضر را بگیرند.

هیدروژل‌های زویتریونیک، یک گام فراتر می‌گذارند. آنها از موادی ساخته شده‌اند که هم بار مثبت و هم بار منفی دارند. بارهای دوگانه هیدروژل‌های زویتریونیک به آنها امکان می‌دهد تا مولکول‌های دارای بار مثبت و منفی را جذب کنند. مطالعات تجربی گذشته نشان داده‌اند که این هیدروژل‌ها در بهبود زخم‌های دیابتی مؤثر هستند، اما نحوه عملکرد آنها را مشخص نکرده‌اند.

سلول‌های ایمنی و بهبود زخم دیابتی

لی و همکارانش «یونگشنگ ژو»(Yongsheng Zhou) از دانشگاه پکن و «شیونگ پو»(Xiong Pu) از «مرکز ملی علوم و فناوری نانو»(NCNST) برای کشف مکانیسم مورد نظر، واکنش ایمنی را در سطح سلولی بررسی کردند.

برای این که زخم‌ها به خوبی بهبود پیدا کنند، واکنش ایمنی باید دقیقا تنظیم شود. انواع گوناگونی از سلول‌های ایمنی باید فراخوانده شوند تا وظایف خود را انجام دهند و سپس پس از اتمام کار خود، حذف و جایگزین شوند. به عنوان مثال، سلول‌های ایمنی در مرحله التهاب، سلول‌های مرده را حذف می‌کنند و باکتری‌ها را از بین می‌برند، اما اگر این مرحله بیش از حد طول بکشد، به بافت سالم آسیب می‌رساند و رشد سلول‌های جدید را کند می‌کند.

در دیابت، مرحله التهاب خیلی دیر شروع می‌شود و مدت خیلی طولانی باقی می‌ماند. زخم‌هایی که بهبود آنها مدت زیادی طول می‌کشد، می‌توانند عفونی شوند و عوارض دیگری را ایجاد کنند. بنابراین، درمان‌های بهتری مورد نیاز است.

پژوهشگران با اعمال این هیدروژل‌ها روی زخم‌ موش‌های دیابتی دریافتند که زخم‌ها سریع‌تر و با التهاب کمتر بهبود می‌یابند. آنها برای پی بردن به دلیل این امر، از توالی‌یابی آران‌ای تک‌سلولی برای خواندن مواد ژنتیکی در سلول‌های منفرد استفاده کردند.

این روش به پژوهشگران کمک می‌کند تا سلول‌های ایمنی منفرد را شناسایی کنند و بفهمند کدام ژن‌ها فعال شده‌اند. این کار به آنها تصویر واضحی را از نحوه واکنش سیستم ایمنی ارائه می‌دهد. پژوهشگران دریافتند که هیدروژل‌های زویتریونیک، سلول‌های ایمنی خاصی را به نام ماکروفاژهای + Ccl3 تقویت می‌کنند و به سرکوب نوتروفیل‌های + S100a9 می‌پردازند.

نوتروفیل‌ها از اولین سلول‌های ایمنی هستند که به زخم جذب می‌شوند. آنها به حذف باکتری‌ها و ایجاد التهاب کمک می‌کنند. هنگامی که کار آنها تمام شود، باید برداشته شوند تا التهاب کاهش یابد.

ماکروفاژها فرآیند ترمیم پوست را هماهنگ می‌کنند، نوتروفیل‌ها را از بافت سالم دور نگه می‌دارند و به حذف نوتروفیل‌ها در پایان کار می‌پردازند. هیدروژل با تقویت ماکروفاژها و سرکوب نوتروفیل‌ها، محیط ایمنی را متعادل می‌سازد، التهاب را کاهش می‌دهد و به رشد بافت جدید کمک می‌کند.

هیدروژل در آزمایش‌ها یک مزیت دیگر را نیز نشان داد. این مزیت، تولید بیش از حد یک مؤلفه ترمیم‌کننده زخم به نام «تله‌های خارج سلولی نوتروفیل»(NETs) بود.

تله‌های خارج سلولی نوتروفیل، شبکه‌هایی از الیاف هستند و با پروتئین‌هایی پوشانده شده‌اند که باکتری‌ها را از بین می‌برند. در زخم‌های سالم، تنها تعداد کمی از تله‌های خارج سلولی نوتروفیل ایجاد می‌شوند که پاتوژن‌ها را حذف می‌کنند، اما به بافت‌های سالم آسیب نمی‌رسانند. در زخم‌های دیابتی، تعداد زیادی از تله‌های خارج سلولی نوتروفیل تشکیل می‌شوند که التهاب بیش از حد و آسیب دیدن بافت‌ را به همراه دارند.

پژوهشگران از یک نوع میکروسکوپ با وضوح بسیار بالا به نام «میکروسکوپ الکترونی روبشی» برای شمارش تله‌های خارج سلولی نوتروفیل استفاده کردند. آنها دریافتند که زخم‌های درمان‌شده با هیدروژل زویتریونیک به میزان قابل‌توجهی تعداد کمتری را از تله‌های خارج سلولی نوتروفیل نشان می‌دهد و عقیده دارند که این با افزایش بهبودی مرتبط است. هنوز مشخص نیست که چرا هیدروژل، تشکیل تله‌های خارج سلولی نوتروفیل را سرکوب کرد؛ فقط مشخص شد که اثر سودمندی داشته است.

یافته‌های این گروه پژوهشی هم مسیر بالقوه‌ای را برای توسعه درمان‌های جدید نشان می‌دهند و هم به آشکار کردن چگونگی بروز اختلال در درمان دیابت کمک می‌کنند. بررسی این که چگونه هیدروژل‌های زویتریونیک می‌توانند واکنش ایمنی را تقویت کنند، ممکن است در یافتن راه‌هایی برای بهبود زخم‌های دیابتی مؤثر باشد.

لی گفت: ما هیدروژل‌های زویتریونی بیشتری را با اجزای ساده‌تر و اثرات بهتر برای ترمیم بافت بررسی می‌کنیم و به دنبال کاربردهای بالینی آنها هستیم.

این پژوهش در مجله «Advanced Materials» به چاپ رسید