Lepší způsob, jak k obnově chrupavky

Pokud jste schopni chodit bez bolesti, dát silent shout-out pro vaše chrupavky.,

pokaždé, když uděláte krok, tato flexibilní tkáň absorbuje zátěž a přenáší ji na kost, což vám umožní volně se pohybovat. Ale na rozdíl od kosti, pokud se chrupavka poškodí-zraněním, opotřebením nebo zánětem-nemůže se regenerovat. Časem se poškozená tkáň degraduje a chůze se stává postupně bolestivější, když kosti přicházejí do styku.,

„Nakonec, budete rozvíjet osteoartrózy, což je nejčastější forma artritidy a postihuje přibližně 31 milionů Američanů,“ říká Lesley Chow, asistent profesor bioinženýrství a vědy o materiálech a inženýrství na Lehigh University P. C. Rossin vysoká škola Inženýrství a Aplikovaná Věda. „A i když existují nějaké chirurgické zákroky, nakonec narazíte na bod, kdy máte tolik bolesti a máte takovou ztrátu pohyblivosti, že potřebujete úplnou náhradu kolene.,“

účinné intervence dosud neexistují, protože chrupavka je tak obtížně reprodukovatelná synteticky. Žádné nové tkáně, která má formu nemá stejné vlastnosti jako nativní chrupavky a není dobře integrovat s příslušnou kostí je měl chránit. Ale pokud biomateriál by mohly být vyvinuty, že úspěšně řídil regeneraci celého osteochondrálních („osteo“ pro kosti, „chondral“ pro chrupavka) tkání, chrupavky zranění může být léčena dříve a degenerace může být zpomalen nebo zastaven úplně.,

“ Pokud bychom mohli zasáhnout, když máte poprvé toto zranění, tato terapie by měla potenciál Koupit vám 10 nebo více let, nebo možná byste nikdy nepotřebovali náhradu kolene,“ říká Chow. „To je sen.“

pro Chow, je to sen, který se dostal o krok blíže k realitě, když získala ocenění Fakulta Early Career Development Program (kariéra) od National Science Foundation. Ocenění podporuje práci, kterou ona a její tým dělají na vývoji biomateriálu, který podporuje regeneraci komplexního rozhraní osteochondrální tkáně., Konkrétně rafinace jejich 3D tištěného materiálu, aby poskytly přesné signály buňkám, které umožňují tvorbu tkáně uspořádané stejným způsobem jako přírodní tkáň.

Kariérní granty jsou považovány za jedno z prestižnějších uznání udělených NSF. Každoročně se udělují na podporu členů juniorských fakult v USA, kteří jsou příkladem role učitelů-učenců prostřednictvím vynikajícího výzkumu, vynikajícího vzdělávání a integrace vzdělávání a výzkumu. Každé ocenění poskytuje stabilní podporu na úrovni přibližně $ 500,000 po dobu pěti let.,

“ víme, že v našem těle máme buňky, které jsou schopny tyto tkáně regenerovat, ale co když jim nedáme správné podněty?“říká Chow. „Hodně přemýšlíme o chemických a fyzikálních podnětech, které nabízíme buňkám. Co bychom chtěli například udělat, je změnit chemii našeho biomateriálu při zachování stejné mechanické vlastnosti. To je velmi obtížné, protože tyto vlastnosti jsou neodmyslitelně spojeny. Moje laboratoř vyvinula platformu, kde můžeme tyto podněty měnit nezávisle na sobě.,“

snaha o regeneraci osteochondrální tkáně prostřednictvím biomateriálů není nová. Existuje nespočet způsobů, jak to vědci udělali, říká Chow. Není však jasné, jak přesně materiály fungují, takže dobře definovaná pravidla návrhu jsou nepolapitelná. Například vědci nemohou říci, jaká specifická mechanická vlastnost nebo pórovitost je nutná nebo jaká biochemická narážka musí být doručena, aby se dosáhlo specifické buněčné odpovědi. Chow chce vytvořit soubor konstrukčních kritérií k odstranění dohadů.

3D tištěné lešení týmu již přineslo slibné výsledky., Před tiskem syntetizují peptidy-krátké segmenty proteinů-aby buď podpořily tvorbu kostí nebo chrupavek. Přikládají tyto peptidy biologicky rozložitelné polymery a přidejte výsledný peptid-polymerní konjugáty na požadovanou koncentraci při 3D tisku vyrobit peptid-funkcionalizovaných materiálu.

„je to jako barevná tiskárna,“ říká Chow. „Řekněme, že chcete nejprve vytisknout lešení podporující kosti a pak chcete přejít na podporu chrupavky. Stačí přepnout hlavy tiskárny. Je to jako přepínání barev., Takže ve stejném tisku skončíte s jedním biomateriálem, který má peptidy podporující kosti i chrupavky v jednom kontinuálním lešení.“

polymery, se kterými Chow pracuje, mohou mít také různé molekulové hmotnosti, což znamená, že mohou být krátké nebo dlouhé řetězce. Pomocí různých molekulárních hmotností jim umožňuje prezentovat stejné chemie (protože krátké a dlouhé řetězy jsou vyrobeny ze stejného polymeru), ale vykazují odlišné mechanické vlastnosti (delší řetěz bude mít za následek tužší materiál).,

„Moje hypotéza je, že tvrdší materiál by se řídit buňky produkují kostní a měkčí materiál bude řídit buňky k produkci chrupavky,“ říká Chow. „Buňky mohou cítit své prostředí a reagují na různé tuhosti různými způsoby. Snažíme se tedy vyrábět materiály, kde můžeme nezávisle kontrolovat tyto vlastnosti, abychom zjistili, jak buňky reagují na tyto podmnožiny materiálů., Takže změňte chemii, ale neměňte mechanické vlastnosti nebo architekturu, změňte architekturu, ale neměňte mechanické vlastnosti nebo neměňte mechanické vlastnosti, ale neměňte nic jiného.“

ocenění pomůže Chowovi a jejímu týmu lépe pochopit, jak buňky reagují na svou platformu, aby ji mohli doladit. Jejich práce se zaměřuje na výrobu „optimálního materiálu“, který vyvolává reakci, která poskytuje jak kostní, tak chrupavkovou tkáň., Konečným cílem však je dvojí: biologicky odbouratelný implantát, který může být vložen po zranění odvrátit nebo oddálit budoucí degeneraci tkání a vysilující bolesti, a základní znalosti, které mohou být přeloženy do jiných typů buněk, např. buňky kůže, pro lepší léčbu pro lidi, jako popálení.

„chceme, aby to být odrazový můstek pro zájemce o další tkáně systémy,“ říká Chow, který je spojen s Lehigh Ústav pro Funkční Materiály a Zařízení (FMD)., „Lidé, kteří chtějí lépe porozumět vlastnostem, které potřebují k rozvoji ve svých vlastních materiálech, aby regenerovali další zajímavé tkáně.“

O Lesley Chow W.

Lesley Chow W. připojil Lehigh po její postgraduální školení na Imperial College v Londýně a PhD na Northwestern University. Její výzkumné zájmy se zaměřují na návrh nových biomateriálů pro tkáňové inženýrství a aplikace regenerativní medicíny., V návaznosti na její předchozí zkušenosti s supramolekulární design a biomateriál výroba, Chow Lab kombinuje různé materiály a pokročilé výrobní techniky pro generování lešení s architektur a prostorově organizovaná funkce, které se podobají nativní biologické tkáně. Chow má zájem zejména o Využití 3-D tisk a self-montáž přístupy k organizaci syntetické polymery, přírodní biopolymery, a peptidy do hierarchických struktur a kompozic., Tyto lešení sloužit jako platformy prohloubit znalosti o tom, jak nativní tkáň organizace ovlivňuje tkání a buněk a funkce celé délce váhy a zlepšení klinických překlad z biomateriálů.

laboratoř Chow je v současné době zaměřena na přístupy ke zlepšení regenerace rozhraní muskuloskeletálních tkání, jako je osteochondrální rozhraní mezi kostí a chrupavkou., Obnovení těchto komplexních rozhraní představuje významnou inženýrskou výzvu, protože nativní tkáně mají gradienty v biochemických, strukturních a mechanických vlastnostech, které jsou rozhodující pro normální biomechanickou funkci. Její tým je vývoj biomateriálů na bázi strategie průvodce prostorové chování buněk a tkání, tvorbě inženýr tkání, které napodobují tyto struktury-funkce-majetkové vztahy.,

Odkazy:

• Rossin Vysoké školy Fakulty Profil: Lesley Chow
• NSF Zadání Abstrakt: KARIÉRA: Rozvoj Prostorově Organizované Biomateriály Inženýr Komplexní Tkáň Rozhraní
• Chow Lab
• Institut pro Funkční Materiály a Přístroje (I-FMD)