En bedre måde at genopbygge brusk

Hvis du er i stand til at gå uden smerter, give en silent shout-out til din brusk.,

hver gang du tager et skridt, absorberer dette fleksible væv belastningen og overfører det til knoglen, så du kan bevæge dig frit. Men i modsætning til knogle, hvis brusk bliver beskadiget-ved skade, slid eller betændelse-kan det ikke regenerere. Over tid nedbrydes det beskadigede væv, og gåture bliver gradvist mere smertefuldt, da knoglerne kommer i kontakt med hinanden.,

“i sidste Ende, vil du udvikle slidgigt, som er den mest almindelige form for gigt og rammer cirka 31 millioner Amerikanere,” siger Lesley Chow, en assisterende professor i bioteknologi og materials science and engineering ved Lehigh University P. C. Rossin College of Engineering og Applied Science. “Og mens der er nogle kirurgiske indgreb, rammer du til sidst et punkt, hvor du har så meget smerte og har et sådant tab af mobilitet, at du har brug for en total knæudskiftning.,”

effektive indgreb eksisterer endnu ikke, fordi brusk er så svært at reproducere syntetisk. Ethvert nyt væv, der dannes, har ikke de samme egenskaber som indfødt brusk og integreres ikke godt med den underliggende knogle, den skal beskytte. Men hvis et biomateriale kunne udvikles, der med succes rettet regenerering af hele osteochondral (“osteo” for knogle, “chondral” for brusk) væv, brusk skader kan behandles tidligere og degeneration kan blive nedtonet eller standset helt.,

“hvis vi kan gribe ind, når du først har den skade, ville denne terapi have potentialet til at købe dig 10 eller flere år, eller måske har du aldrig brug for en knæudskiftning,” siger Cho.. “Det er drømmen.”

for Cho.er det en drøm, der kom et skridt tættere på virkeligheden, da hun modtog en pris for fakultetets tidlige karriereudvikling (karriere) fra National Science Foundation. Prisen understøtter arbejde, hun og hendes team gør for at udvikle et biomateriale, der fremmer regenerering af den komplekse osteochondrale vævsgrænseflade., Specifikt raffinering af deres 3D-trykte materiale for at give de nøjagtige signaler til celler, der muliggør dannelse af væv organiseret på samme måde som naturligt væv.

KARRIERETILSKUD betragtes som en af de mere prestigefyldte anerkendelser, der er givet af NSF. De tildeles årligt til støtte for junior fakultet medlemmer over hele USA, der eksemplificerer rolle lærer-lærde gennem fremragende forskning, fremragende uddannelse, og integration af uddannelse og forskning. Hver pris giver stabil støtte på niveau med cirka $ 500.000 i en femårsperiode.,

“Vi ved, at vi har celler i vores krop, der er i stand til fornybare disse væv, men hvad nu hvis vi ikke giver dem de rigtige signaler?”siger Cho.. “Vi tænker meget på de kemiske og fysiske signaler, vi tilbyder celler. Det, vi gerne vil være i stand til, er for eksempel at ændre kemien i vores biomateriale, mens vi bevarer den samme mekaniske egenskab. Dette er meget vanskeligt at gøre, fordi disse egenskaber i sig selv er bundet til hinanden. Mit laboratorium har udviklet en platform, hvor vi kan ændre disse signaler uafhængigt af hinanden.,”

indsatsen for at regenerere osteochondralt væv via biomaterialer er ikke nyt. Der er utallige måder forskere har gjort det på, siger Cho.. Men det er ikke klart, hvordan materialerne fungerer, så veldefinerede designregler er undvigende. For eksempel kan forskere ikke sige, hvilken specifik mekanisk egenskab eller porøsitet der kræves, eller hvilken biokemisk cue skal leveres for at opnå en bestemt cellerespons. Cho.ønsker at etablere et sæt designkriterier for at eliminere gætteriet.

holdets 3D-trykte stilladser har allerede givet lovende resultater., Før udskrivning syntetiserer de peptider-korte segmenter af proteiner-for enten at fremme knogle-eller bruskdannelse. De fastgør disse peptider til bionedbrydelige polymerer og tilsætter de resulterende peptid-polymerkonjugater i en ønsket koncentration under 3D-udskrivning for at fremstille et peptidfunktionaliseret materiale.

“det er som en farveprinter,” siger Cho.. “Sig, at du først vil udskrive dit knoglefremmende stillads, og så vil du skifte til din bruskpromovering. Du skifter bare dine printerhoveder. Det er som at skifte farver., Så inden for samme print ender du med et biomateriale, der har både knogle-og bruskfremmende peptider i et kontinuerligt stillads.”

polymererne cho.arbejder med kan også have forskellige molekylvægte, hvilket betyder, at de kan være korte eller lange kæder. Brug af forskellige molekylvægte giver dem mulighed for at præsentere den samme kemi (fordi de korte og lange kæder er lavet af den samme polymer), men udviser forskellige mekaniske egenskaber (den længere kæde vil resultere i et stivere materiale).,

” min hypotese ville være, at et stivere materiale ville drive cellerne til at producere knogler, og et blødere materiale vil drive celler til at producere brusk, ” siger Cho.. “Celler kan føle deres miljø, og de reagerer på forskellige stivheder på forskellige måder. Så hvad vi forsøger at gøre er at lave materialer, hvor vi uafhængigt kan kontrollere disse egenskaber for at finde ud af, hvordan celler reagerer på disse undergrupper af materialer., Så ændre kemi, men ikke ændre de mekaniske egenskaber eller arkitektur, ændre arkitekturen, men ikke ændre de mekaniske egenskaber, eller ændre de mekaniske egenskaber, men ikke ændre noget andet.”

prisen vil hjælpe Cho.og hendes team med bedre at forstå, hvordan celler reagerer på deres platform, så de kan finjustere den. Deres arbejde fokuserer på at fremstille det “optimale materiale”, der fremkalder et svar, der giver både knogler og bruskvæv., Det endelige mål er imidlertid todelt: et biologisk nedbrydeligt implantat, der kunne indsættes efter skade for at afværge eller forsinke fremtidig vævsdegeneration og svækkende smerte, og en grundlæggende forståelse, der kan oversættes til andre celletyper, såsom hudceller, for bedre behandlinger for mennesker som Brændofre.

“Vi ønsker, at dette skal være et springbræt for dem, der er interesseret i andre væv systemer,” siger Chow, der er tilknyttet Lehigh s Institut for Funktionelle Materialer og Udstyr (I-mund-og klovsyge)., “Folk, der ønsker bedre at forstå de egenskaber, de har brug for at udvikle i deres egne materialer for at regenerere andre væv af interesse.”

Om Allan W. Chow

Allan W. Chow sluttede Lehigh efter sin postdoktorale uddannelse på Imperial College London og Ph.d. ved Northwestern University. Hendes forskningsinteresser fokuserer på design af nye biomaterialer til vævsteknik og regenerativ medicin applikationer., Bygning på hendes tidligere erfaringer med supramolecular design og biomateriale fabrikation, Chow Lab kombinerer forskellige materialer og avanceret fabrikation teknikker til at skabe stilladser med arkitekturer og rumligt organiseret funktionalitet, der ligner native biologiske væv. Chow er specielt interesseret i at udnytte 3-D print og self-assembly tilgange til at organisere syntetiske polymerer, naturlige biopolymerer, og peptider i hierarkiske strukturer og kompositioner., Disse stilladser tjener som platforme til at uddybe forståelsen af, hvordan native vævsorganisation påvirker celle-og vævsfunktion på tværs af længdeskalaer og forbedre klinisk oversættelse af biomaterialer.

cho.Lab er i øjeblikket fokuseret på tilgange til forbedring af regenerering af muskuloskeletale vævsgrænseflader, såsom den osteochondrale grænseflade mellem knogle og brusk., Genskabelse af disse komplekse grænseflader udgør en betydelig teknisk udfordring, da native væv har gradienter i biokemiske, strukturelle og mekaniske egenskaber, der er kritiske for normal biomekanisk funktion. Hendes team udvikler biomaterialebaserede strategier til at guide rumlig celleadfærd og vævsdannelse til at konstruere væv, der efterligner disse struktur-funktion-ejendomsforhold.,

Related Links:

• Rossin College Fakultet Profil: Lesley Chow
• NSF Award Abstract: KARRIERE: Udvikling af Rumligt Organiseret Biomaterialer til at konstruere Komplekse Væv Grænseflader
• Chow Lab
• Institut for Funktionelle Materialer og Udstyr (I-mund-og klovsyge)