IMAGE: Lesley Chow, professeure adjointe de bioingénierie et de science et génie des matériaux à L’Université Lehigh a reçu un prix du programme de développement de carrière (Carrière) de la faculté de la NSF. Le prix soutient le travail elle… voir plus
crédit: Ryan Hulvat pour L’Université Lehigh
Si vous êtes capable de marcher sans douleur, donnez un cri silencieux à votre cartilage.,
chaque fois que vous faites un pas, ce tissu flexible absorbe la charge et la transfère à l’OS, vous permettant de vous déplacer librement. Mais contrairement à l’os, si le cartilage est endommagé by par une blessure, une usure ou une inflammation it il ne peut pas se régénérer. Au fil du temps, les tissus endommagés se dégradent et la marche devient progressivement plus douloureuse à mesure que les os entrent en contact les uns avec les autres.,
« à terme, vous développerez de l’arthrose, qui est la forme d’arthrite la plus courante et affecte environ 31 millions d’américains », explique Lesley Chow, professeure adjointe de bioingénierie et de science et d’ingénierie des matériaux au Collège D’ingénierie et de Sciences Appliquées P. C. Rossin de L’Université Lehigh. « Et bien qu’il y ait quelques interventions chirurgicales, vous avez finalement atteint un point où vous avez tellement mal et avez une telle perte de mobilité que vous avez besoin d’un remplacement total du genou., »
Les interventions efficaces n’existent pas encore parce que le cartilage est si difficile à reproduire synthétiquement. Tout nouveau tissu qui se forme n’a pas les mêmes propriétés que le cartilage natif et ne s’intègre pas bien avec l’os sous-jacent qu’il est censé protéger. Mais si un biomatériau pouvait être développé pour diriger avec succès la régénération de l’ensemble du tissu ostéochondral (« osteo » pour l’OS, « chondral » pour le cartilage), les lésions du cartilage pourraient être traitées plus tôt et la dégénérescence pourrait être ralentie ou arrêtée complètement.,
« Si nous pouvons intervenir lorsque vous avez une blessure, cette thérapie pourrait vous acheter 10 ans ou plus, ou peut-être que vous n’auriez jamais besoin d’un remplacement du genou, » dit-Chow. « C’est le rêve. »
pour Chow, c’est un rêve qui s’est rapproché de la réalité lorsqu’elle a reçu un prix du programme de développement en début de carrière (Carrière) du corps professoral de la National Science Foundation. Le prix soutient le travail qu’elle et son équipe font pour développer un biomatériau qui favorise la régénération de l’interface complexe du tissu ostéochondral., Plus précisément, en affinant leur matériel imprimé en 3D pour fournir les signaux exacts aux cellules qui permettent la formation de tissus organisés de la même manière que les tissus naturels.
Les bourses de carrière sont considérées comme l’une des reconnaissances les plus prestigieuses décernées par la NSF. Ils sont décernés chaque année pour soutenir les membres du corps professoral junior à travers les États-Unis qui illustrent le rôle des enseignants-chercheurs grâce à une recherche exceptionnelle, une excellente éducation et l’intégration de l’éducation et de la recherche. Chaque bourse offre un soutien stable d’environ 500 000 $pour une période de cinq ans.,
» Nous savons que nous avons des cellules dans notre corps qui sont capables de repousser ces tissus, mais que faire si nous ne leur donnons pas les bons indices? »dit Chow. « Nous pensons beaucoup aux signaux chimiques et physiques que nous offrons aux cellules. Ce que nous aimerions pouvoir faire, par exemple, c’est changer la chimie de notre biomatériau tout en conservant la même propriété mécanique. C’est très difficile à faire car ces propriétés sont intrinsèquement liées les unes aux autres. Mon laboratoire a développé une plate-forme où nous pouvons changer ces indices indépendamment les uns des autres., »
l’effort pour régénérer le tissu ostéochondral via des biomatériaux n’est pas nouveau. Il existe d’innombrables façons dont les chercheurs l’ont fait, dit Chow. Mais on ne sait pas exactement comment fonctionnent les matériaux, donc des règles de conception bien définies sont insaisissables. Par exemple, les chercheurs ne peuvent pas dire quelle propriété mécanique ou porosité spécifique est requise, ou quel signal biochimique doit être délivré pour obtenir une réponse cellulaire spécifique. Chow veut établir un ensemble de critères de conception pour éliminer les doutes.
Les échafaudages imprimés en 3D de L’équipe ont déjà donné des résultats prometteurs., Avant l’impression, ils synthétisent des peptides-des segments courts de protéines – pour favoriser la formation d’os ou de cartilage. Ils fixent ces peptides à des polymères biodégradables et ajoutent les conjugués peptide-polymère résultants à une concentration désirée pendant l’impression 3D pour fabriquer un matériau fonctionnalisé par peptide.
« C’est comme une imprimante couleur, » dit-Chow. « Dites que vous voulez d’abord imprimer votre échafaudage favorisant les os et ensuite vous voulez passer à votre promotion du cartilage. Vous venez de changer vos têtes d’imprimante. C’est comme changer de couleurs., Donc, dans la même impression, vous vous retrouvez avec un biomatériau qui contient à la fois des peptides favorisant l’os et le cartilage dans un échafaudage continu. »
Les polymères avec lesquels Chow travaille peuvent également avoir des poids moléculaires différents, ce qui signifie qu’ils peuvent être des chaînes courtes ou longues. L’utilisation de différents poids moléculaires leur permet de présenter la même chimie (car les chaînes courtes et longues sont fabriquées à partir du même polymère) mais présentent des propriétés mécaniques différentes (la chaîne plus longue se traduira par un matériau plus rigide).,
« mon hypothèse serait qu’un matériau plus rigide conduirait les cellules à produire de l’os et qu’un matériau plus doux conduirait les cellules à produire du cartilage », explique Chow. « Les cellules peuvent sentir leur environnement, et elles réagissent à différentes raideurs de différentes manières. Donc, ce que nous essayons de faire, c’est de créer des matériaux où nous pouvons contrôler indépendamment ces propriétés pour savoir comment les cellules réagissent à ces sous-ensembles de matériaux., Donc, changez la chimie mais ne changez pas les propriétés mécaniques ou l’architecture, changez l’architecture mais ne changez pas les propriétés mécaniques, ou changez les propriétés mécaniques mais ne changez rien d’autre. »
Le prix aidera Chow et son équipe à mieux comprendre comment les cellules réagissent à leur plate-forme afin qu’elles puissent l’affiner. Leur travail se concentre sur la fabrication du » matériau optimal » qui suscite une réponse qui produit à la fois du tissu osseux et cartilagineux., L’objectif ultime, cependant, est double: un implant biodégradable qui pourrait être inséré après une blessure pour conjurer ou retarder la dégénérescence tissulaire future et la douleur débilitante, et une compréhension fondamentale qui peut être traduite à d’autres types de cellules, telles que les cellules de la peau, pour de meilleurs traitements pour les personnes comme les victimes de brûlures.
« nous voulons que ce soit un tremplin pour ceux qui s’intéressent à d’autres systèmes tissulaires », explique Chow, qui est affilié à L’Institut Lehigh pour les matériaux et dispositifs fonctionnels (I-FMD)., « Les gens qui veulent mieux comprendre les propriétés qu’ils doivent développer dans leurs propres matériaux pour régénérer d’autres tissus d’intérêt. »
À propos de Lesley W. Chow
Lesley W. Chow a rejoint Lehigh après sa formation postdoctorale à L’Imperial College de Londres et son doctorat à L’Université Northwestern. Ses intérêts de recherche portent sur la conception de nouveaux biomatériaux pour des applications en génie tissulaire et en médecine régénérative., S’appuyant sur son expérience antérieure en conception supramoléculaire et en fabrication de biomatériaux, le laboratoire Chow combine différents matériaux et des techniques de fabrication avancées pour générer des échafaudages avec des architectures et des fonctionnalités spatialement organisées qui ressemblent à des tissus biologiques natifs. Chow est particulièrement intéressé par l’utilisation d’approches d’impression 3D et d’auto-assemblage pour organiser les polymères synthétiques, les biopolymères naturels et les peptides en structures et compositions hiérarchiques., Ces échafaudages servent de plates-formes pour approfondir la compréhension de la façon dont l’organisation des tissus natifs affecte la fonction cellulaire et tissulaire à travers les échelles de longueur et améliorer la traduction clinique des biomatériaux.
Le Laboratoire Chow se concentre actuellement sur des approches visant à améliorer la régénération des interfaces des tissus musculo-squelettiques, telles que l’interface ostéochondrale entre l’os et le cartilage., La recréation de ces interfaces complexes pose un défi technique important, car les tissus natifs possèdent des gradients de propriétés biochimiques, structurelles et mécaniques qui sont critiques pour une fonction biomécanique normale. Son équipe développe des stratégies basées sur les biomatériaux pour guider le comportement spatial des cellules et la formation des tissus afin de concevoir des tissus qui imitent ces relations structure-fonction-propriété.,
liens connexes:
- Rossin College profil de la Faculté: Lesley Chow
- NSF Award résumé: Carrière: Développement de biomatériaux organisés spatialement pour concevoir des Interfaces tissulaires Complexes
- The Chow Lab
- Institute for Functional Materials and Devices (I-FMD)