Een hydrogel die niet oplost in maagzuur: UMIH tackelt je maagzweer als geen ander

Een internationale onderzoeksgroep presenteert een nieuwe hydrogel die niet uiteenvalt in de maag en toch stevig hecht aan wondweefsel.

De gel heet ‘Ultrastable mucus-inspired hydrogel’, oftewel UMIH. De gel verbeterde in dierstudies de genezing van wonden in het maag-darmkanaal en presteerde beter dan een middel dat momenteel veel wordt gebruikt. De resultaten zijn op 4 september gepubliceerd in Cell Reports Physical Science en wijzen op een veelbelovende route naar vriendelijkere behandelingen van, onder andere, maagzweren.

Hydrogel
Hydrogels worden al lang als veelbelovend gezien: ze zijn zacht en vaak vriendelijk voor verschillende soorten weefsel. Helaas lossen ze door dezelfde eigenschappen vaak snel op in zuur. In de maag, waar een zuurtegraad geldt van ongeveer pH 2, verliezen veel hydrogels dan ook snel hun structuur en werking.

UMIH doorbreekt dat patroon. Wetenschapper Zuankai Wang heeft meegewerkt aan het onderzoek. Wang zegt: “de komst van UMIH betekent een aanzienlijke verbetering in de biomaterialen die we hebben voor het repareren van wonden in het maag-darmkanaal.”

De gel hecht namelijk extra sterk in zure omgevingen en blijft dagenlang stabiel, waardoor deze kwetsbare wonden in de slokdarm en maag langduriger kan beschermen. Hierdoor kan het weefsel beter herstellen. In laboratoriumtests hield UMIH bovendien bacteriën als Escherichia coli (E. coli) en Staphylococcus aureus (S. aureus) in toom.

ELR-IK24
De sleutel zit in de moleculaire opbouw, geïnspireerd door de beschermende eigenschappen van natuurlijk maagslijm. UMIH is een polymeernetwerk met drie strategische bouwstenen die elk een taak hebben. De eerste bouwsteen is het eiwit ELR-IK24. Dit eiwit bindt waterstofionen (H⁺) wanneer de omgeving zuur is en dempt zo lokaal de zuurgraad.

De tweede bouwsteen is tanninezuur. Dit zuur werkt als ‘biologische secondelijm’ en vergroot de kleefkracht van de gel aan natte, zachte oppervlakken. De derde bouwsteen is de verbinding HDI (hexamethyleendi-isocyanaat). Deze verbinding verstevigt het netwerk, zodat de gel zijn mechanische integriteit beter behoudt. Samen zorgen deze componenten ervoor dat de gel niet alleen blijft zitten, maar ook functioneel blijft waar andere materialen het opgeven.

Maagzweren
Die eigenschappen zijn in het lab stevig getest. Bij pH 2 liet UMIH een 15 keer hogere adhesiesterkte zien dan aluminiumfosfaatgel (APG), een klinisch goedgekeurde beschermingsgel die, onder andere, wordt gebruikt bij maagzweren. Waar APG het in de maag al binnen drie dagen voor gezien hield, behield UMIH na zeven dagen nog circa de helft van zijn structuur. Dat verschil in uithoudingsvermogen is cruciaal voor toepassingen waarbij weefsel meerdere dagen bescherming nodig heeft om te kunnen genezen.

De laboratoriumresultaten bleken ook relevant voor dieren. Bij ratten en varkens met slokdarmschade hechtte UMIH zich stevig aan het wondoppervlak. Vergeleken met onbehandelde dieren en dieren die APG kregen was er minder weefselschade en ontsteking te zien en juist meer vorming van nieuwe bloedvaatjes – een belangrijk onderdeel van effectief wondherstel. De gel bleef op zijn plek en leverde daarmee de beoogde, langdurige bescherming van het kwetsbare weefsel.

Mogelijke toepassingen
De mogelijke toepassingen reiken verder dan alleen het helen en bedekken van wonden. Volgens de onderzoekers is UMIH te gebruiken voor het behandelen van maagzweren of als behandeling na operaties aan het spijsverteringskanaal. Volgens het team zou de stap naar een klinische toepassing haalbaar moeten zijn. Dit is omdat de gel uit goedkope componenten is opgebouwd en uit relatief veilige stoffen bestaat. Een extra pluspunt is een ontsmettende werking die tijdens het onderzoek in het lab werd ontdekt. Hierdoor kan de gel mogelijk (verdere) infecties voorkomen.

Daar staat tegenover dat de stap van dier naar mens altijd zorgvuldig gezet moet worden. Zo zijn er eerst klinische studies nodig om de veiligheid en effectiviteit bij patiënten vast te stellen, inclusief de optimale dosering, toedieningsfrequentie en het gedrag van de gel in verschillende delen van het maag-darmkanaal.

De onderzoekers zien ten slotte ook kansen om UMIH te koppelen aan gerichte medicijnafgifte of zelfs aan flexibele, implanteerbare elektronica, met het oog op ‘slimme’ hulpmiddelen die tegelijkertijd behandelen en in real-time monitoren. Voor nu markeren de resultaten vooral een belangrijke mijlpaal: een hydrogel die doet wat hij in de maag moet doen – blijven plakken én blijven werken.