Parempi tapa rakentaa ruston

Jos et pysty kävelemään ilman kipua, antaa silent shout-out teidän rustoa.,

Joka kerta, kun otat askeleen, tämä joustava kudos imee kuorman ja siirtää sen luun, jonka avulla voit liikkua vapaasti. Mutta toisin kuin luu, jos rusto vaurioituu-vamman, kulumisen tai tulehduksen takia-se ei voi uusiutua. Ajan vaurioitunut kudos hajoaa, ja kävely muuttuu vähitellen enemmän tuskallista kuin luut tulevat kosketuksiin toistensa kanssa.,

”Lopulta, voit kehittää nivelrikko, joka on yleisin muoto niveltulehdus, ja se vaikuttaa noin 31 miljoonaa Amerikkalaista,”, sanoo Leif Chow, avustava professori biotekniikan ja materiaalitekniikan klo Lehigh Yliopiston P. C. Rossin College of Engineering and Applied Science. ”Ja vaikka on olemassa joitakin kirurgisia toimenpiteitä, te lopulta osuma piste, jossa olet niin paljon tuskaa ja on niin liikuntakyvyn, että tarvitset yhteensä polven tekonivelleikkaus.,”

tehokkaita interventioita ei vielä ole, koska rustoa on niin vaikea toistaa synteettisesti. Mitään uutta kudosta, joka ei muodosta ei ole samoja ominaisuuksia kuin natiivi ruston ja ei integroida hyvin taustalla luun se on tarkoitus suojella. Mutta jos biomateriaalien voitaisiin kehittää onnistuneesti suunnattu uudistumista koko osteokondraalisten (”osteo” varten luun, ”chondral” varten rusto) kudosta, rusto vammoja voisi olla käsitelty aiemmin ja rappeuma voi olla hidastunut tai pysähtynyt kokonaan.,

”Jos emme voi puuttua asiaan, kun ensimmäinen on, että vahinko, tämä hoito olisi mahdollista ostaa 10 vuotta tai enemmän, tai ehkä et koskaan tarvitse polven tekonivelleikkaus,” sanoo Chow. ”Se on unelma.”

Chow, se on unelma, joka on askeleen lähempänä todellisuutta, kun hän sai Tiedekunnan Uran alkuvaiheessa Kehityksen Ohjelma (URA) palkinnon National Science Foundation. Palkinto tukee työtä, jota hän ja hänen tiiminsä tekevät kehittää biomateriaalien, joka edistää elvyttämiseen monimutkainen osteokondraalisten kudoksen käyttöliittymä., Erityisesti niiden 3D-tulostetun materiaalin jalostaminen antamaan tarkat signaalit sellaisille soluille, jotka mahdollistavat kudoksen muodostumisen samalla tavalla kuin luonnollinen kudos.

URAPALKKIOITA pidetään yhtenä NSF: n arvostetuimmista tunnustuksista. Ne myönnetään vuosittain tukea junior tiedekunnan jäsentä eri puolilla yhdysvaltoja, jotka toimivat esimerkkinä rooli opettaja-tutkijat kautta erinomainen tutkimus, erinomainen koulutus, ja integrointi koulutus ja tutkimus. Kunkin palkinnon tarjoaa vakaan tuen tasolla noin 500 000 dollaria viiden vuoden aikana.,

”tiedämme, että kehossamme on soluja, jotka pystyvät kasvattamaan näitä kudoksia, mutta entä jos emme anna niille oikeita vihjeitä?”sanoo Chow. ”Ajattelemme paljon kemiallisia ja fysikaalisia vihjeitä, joita tarjoamme soluille. Mitä me voisimme tehdä, esimerkiksi, on muuttaa kemiaa meidän biomateriaalien säilyttäen sama mekaaninen omaisuutta. Tämä on hyvin vaikeaa, koska nämä ominaisuudet ovat luonnostaan sidoksissa toisiinsa. Laboratorioni on kehittänyt alustan, jossa voimme muuttaa näitä vihjeitä toisistaan riippumatta.,”

pyrkimys uudistaa osteochondral-kudosta biomateriaalien avulla ei ole Uusi. On olemassa lukemattomia tapoja, joilla tutkijat ovat tehneet sen, Chow sanoo. Mutta ei ole selvää, miten materiaalit toimivat, niin hyvin määritellyt suunnittelusäännöt ovat vaikeasti. Tutkijat eivät esimerkiksi osaa sanoa, mitä tiettyä mekaanista ominaisuutta tai huokoisuutta tarvitaan tai mitä biokemiallista merkkiä on annettava tietyn soluvasteen saavuttamiseksi. Chow haluaa luoda joukon suunnittelukriteereitä arvailujen poistamiseksi.

joukkueen 3D-tulosteiset telineet ovat jo tuottaneet lupaavia tuloksia., Ennen tulostusta ne syntetisoivat peptidejä – lyhyitä proteiinisegmenttejä-edistääkseen luun tai rustojen muodostumista. He pitävät näitä peptidejä biohajoavia polymeerejä ja lisää tuloksena peptidi-polymeeri-konjugaatteja haluamasi keskittyminen aikana 3D-tulostus valmistaa peptidi-functionalized materiaalia.

”se on kuin väritulostin”, Chow sanoo. ”Sano, että haluat tulostaa luuta edistävän telineen ensin ja sitten haluat siirtyä ruston edistämiseen. Vaihdat vain tulostimen päätä. Se on kuin vaihtaisi värejä., Samassa painoksessa on siis yksi biomateriaali, jolla on sekä luuta että rustoa edistäviä peptidejä yhdessä jatkuvassa telineessä.”

polymeerit Chow työskentelee voi myös olla eri molekyylipainot, eli ne voivat olla lyhyitä tai pitkiä ketjuja. Käyttämällä eri molekyylipainot avulla ne voivat esittää saman kemia (koska lyhyet ja pitkät ketjut ovat valmistettu samasta polymeeristä), mutta näytteille erilaisia mekaanisia ominaisuuksia (pidempi ketju johtaa jäykempi materiaali).,

”hypoteesini olisi, että jäykempi materiaali ajaisi solut tuottamaan luuta ja pehmeämpi materiaali ajaa solut tuottamaan rustoa”, Chow sanoo. ”Solut voivat tuntea ympäristönsä, ja ne reagoivat erilaisiin jäykkyyksiin eri tavoin. Joten yritämme tehdä materiaaleja, joissa voimme itsenäisesti hallita näitä ominaisuuksia selvittääksemme, miten solut reagoivat näihin materiaalien osajoukkoihin., Joten muuttaa kemiaa, mutta älä vaihda mekaaniset ominaisuudet tai arkkitehtuuri, muuttaa arkkitehtuuria, mutta älä vaihda mekaaniset ominaisuudet, tai muuttaa sen mekaanisia ominaisuuksia, mutta ei mitään muuta.”

palkinto auttaa Chow ja hänen tiiminsä paremmin ymmärtää, miten solut reagoivat heidän foorumi, jotta he voivat hienosäätää sitä. Heidän työnsä keskittyy tekemään ”optimaalista materiaalia”, joka saa aikaan vasteen, joka tuottaa sekä luu-että rustokudosta., Lopullinen tavoite on kuitenkin kaksijakoinen: biohajoava implantti, joka voidaan lisätä loukkaantumisen jälkeen torjua tai viivyttää tulevaisuudessa kudosten rappeutumista ja heikentävä kipua, ja ymmärrettävä, että voi olla käännetty muille solutyyppejä, kuten ihon solut, parempia hoitoja ihmisille kuten polttaa uhreja.

”haluamme olla ponnahduslauta niille, jotka ovat kiinnostuneita muiden kudosten järjestelmiä”, sanoo Chow, joka on sidoksissa Lehigh Tutkimuslaitoksen Toiminnalliset Materiaalit ja Laitteet (I-SUU-ja sorkkatauti)., ”Ihmiset, jotka haluavat ymmärtää paremmin ominaisuuksia, ne täytyy kehittää omat materiaalit uusiutuvat muiden kudosten kiinnostusta.”

Tietoja Lesley W. Chow

Lesley W. Chow liittyi Lehigh seuraavat hänen jälkeisten koulutus Imperial College London ja Tohtoriksi Northwestern University. Hänen tutkimusintressinsä keskittyy uusien biomateriaalien suunnitteluun kudostekniikkaan ja regeneratiivisiin lääketieteellisiin sovelluksiin., Rakennus hänen aiemmat kokemukset supramolekulaarinen suunnittelu ja biomateriaalien valmistus, Chow Lab yhdistää eri materiaaleja ja kehittynyt valmistus tekniikoita luoda telineiden kanssa arkkitehtuurit ja alueellisesti järjestetty toimintoja, jotka muistuttavat kotoisin biologisten kudosten. Chow on erityisen kiinnostunut käyttäen 3-D tulostus-ja self-assembly lähestymistapoja järjestää synteettisten polymeerien, luonnon biopolymeerit, ja peptidejä osaksi hierarkkisia rakenteita ja koostumuksia., Nämä tukirakenteet toimivat alustat syventää ymmärrystä siitä, miten natiivi kudoksen organisaatio vaikuttaa solujen ja kudosten toiminnan koko pituus asteikot ja parantaa kliinistä käännös biomateriaalit.

Chow Lab on tällä hetkellä keskittynyt lähestymistapoja parantaa elvyttämiseen tuki-ja liikuntaelimistön kudosten rajapinnat, kuten osteokondraalisten käyttöliittymän välillä luun ja ruston., Uudestaan näitä monimutkaisia rajapintoja aiheuttaa merkittävän tekniikan haaste kuin native kudosten hallussaan kaltevuudet biokemiallisten, rakenteellisia ja mekaanisia ominaisuuksia, jotka ovat kriittisiä normaali biomekaaninen toiminta. Hänen tiiminsä kehittää biomateriaalien perustuvia strategioita ohjata maankäytön solun käyttäytymistä ja kudoksen muodostumista insinööri kudosten, jotka jäljittelevät näitä rakenne-toiminta-omaisuuden suhteet.,

Linkkejä:

• Rossin College Tiedekunnan Profiili: Lesley Chow
• NSF-Palkinnon Tiivistelmä: URA: Kehittää Alueellisesti Järjestetty Biomateriaalien Insinööri Monimutkainen Kudos Rajapinnat
• Chow Lab
• – Instituutin Toiminnalliset Materiaalit ja Laitteet (I-SUU-ja sorkkatauti)