kép: Lesley Chow, a Lehigh Egyetem Biotechnológiai és Anyagtudományi és mérnöki adjunktusa kapott egy NSF Kar korai Karrierfejlesztési Program (karrier) díjat. A díj támogatja a munkát… további részletek
hitel: Ryan Hulvat a Lehigh Egyetem számára
ha fájdalom nélkül tud járni, csendes kiáltást adjon a porcnak.,
minden lépésnél ez a rugalmas szövet elnyeli a terhelést, és a csontba továbbítja, így szabadon mozoghat. De ellentétben a csonttal, ha a porc megsérül–sérülés, kopás vagy gyulladás következtében — nem tud regenerálódni. Idővel a sérült szövet lebomlik, a gyaloglás pedig fokozatosan fájdalmasabbá válik, amikor a csontok érintkeznek egymással.,
“végül osteoarthritis alakul ki, amely az ízületi gyulladás leggyakoribb formája, és körülbelül 31 millió amerikait érint” – mondja Lesley Chow, a Lehigh Egyetem P. C. Rossin Műszaki és Alkalmazott Tudományi Főiskola biotechnológiai és Anyagtudományi adjunktusa. “És bár vannak műtéti beavatkozások, végül elérsz egy olyan pontot, ahol olyan sok fájdalom van, és olyan mobilitási veszteséged van, hogy teljes térdpótlásra van szükséged.,”
hatékony beavatkozások még nem léteznek, mert a porcot olyan nehéz szintetikusan reprodukálni. Bármely új szövet, amely nem alakul ki, nem azonos tulajdonságokkal rendelkezik, mint a natív porc, és nem integrálódik jól a mögöttes csont azt kellene védeni. De ha olyan bioméretet lehetne kifejleszteni, amely sikeresen irányította az egész osteochondralis (“osteo” a csonthoz, “chondralis” a porchoz) szövet regenerálódását, a porc sérüléseit korábban lehet kezelni, a degenerációt pedig lelassíthatják vagy teljesen leállíthatják.,
“ha beavatkozhatunk, amikor először megsérülsz, ez a terápia 10 vagy több évet vehet meg, vagy talán soha nem lenne szüksége térdpótlásra” – mondja Chow. “Ez az álom.”
Chow számára ez egy álom, amely egy lépéssel közelebb került a valósághoz, amikor a Nemzeti Tudományos Alapítvány Kari korai Karrierfejlesztési Program (karrier) díját kapta. A díj támogatja a munkáját ő és csapata csinál, hogy dolgozzon ki egy bioanyag, amely elősegíti a regeneráció a komplex osteochondralis szöveti felület., Pontosabban, a 3D-nyomtatott anyag finomítása, hogy pontos jeleket biztosítson a sejteknek, amelyek lehetővé teszik a természetes szövethez hasonlóan szervezett szövetek kialakulását.
a karrier-támogatásokat az NSF egyik legrangosabb elismerésének tekintik. Évente ítélik oda őket az Egyesült Államokban a junior kar tagjainak támogatására, akik kiemelkedő kutatás, kiváló oktatás, valamint az oktatás és a kutatás integrációja révén példázzák a tanár-tudósok szerepét. Minden díj stabil támogatást nyújt körülbelül $500,000 szinten egy ötéves időszakra.,
” tudjuk, hogy a testünkben vannak olyan sejtek, amelyek képesek ezeknek a szöveteknek a regenerálására, de mi van, ha nem adjuk meg nekik a megfelelő jeleket?”mondja Chow. “Sokat gondolkodunk a sejteknek kínált kémiai és fizikai jelekről. Szeretnénk például megváltoztatni a bioméret kémiai tulajdonságait, miközben megtartjuk ugyanazt a mechanikai tulajdonságot. Ezt nagyon nehéz megtenni, mert ezek a tulajdonságok eredendően egymáshoz vannak kötve. A laborom kifejlesztett egy platformot, ahol ezeket a jeleket egymástól függetlenül meg tudjuk változtatni.,”
az osteochondralis szövetek bioméretekkel történő regenerálására irányuló erőfeszítés nem új. Számtalan módja van a kutatók tették, mondja Chow. De nem világos, hogy pontosan hogyan működnek az anyagok, így a jól meghatározott tervezési szabályok megfoghatatlanok. Például a kutatók nem tudják megmondani, hogy milyen speciális mechanikai tulajdonságra vagy porozitásra van szükség, vagy milyen biokémiai dákót kell szállítani egy adott sejtválasz eléréséhez. Chow létre akar hozni egy sor tervezési kritériumot, hogy megszüntesse a találgatást.
a csapat 3D-nyomtatott állványai már ígéretes eredményeket hoztak., A nyomtatás előtt peptideket-a fehérjék rövid szegmenseit-szintetizálnak, hogy elősegítsék a csont-vagy porcképződést. Ezeket a peptideket biológiailag lebomló polimerekhez kötik, és a kapott peptid-polimer konjugátumokat a kívánt koncentrációban adják hozzá 3D nyomtatás során egy peptidfunkciós anyag előállításához.
“olyan, mint egy színes nyomtató” – mondja Chow. “Mondja, hogy először ki akarja nyomtatni a csontot elősegítő állványát, majd át akar lépni a porc elősegítésére. Csak cseréld ki a nyomtatófejedet. Olyan, mint a színek váltása., Tehát ugyanazon a nyomtatáson belül egy biomérettel végződik, amely mind csont -, mind porc-elősegítő peptidekkel rendelkezik egy folyamatos állványon.”
a polimerek Chow dolgozik is különböző molekulasúlyok, ami azt jelenti, hogy lehet rövid vagy hosszú láncok. Különböző molekulatömegek használata lehetővé teszi számukra, hogy ugyanazt a kémiát mutassák be (mivel a rövid és hosszú láncok ugyanabból a polimerből készülnek), de eltérő mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek (a hosszabb lánc merevebb anyagot eredményez).,
“hipotézisem az lenne, hogy egy merevebb anyag a sejteket csontképződésre készteti, egy lágyabb anyag pedig a sejteket porc előállítására készteti” – mondja Chow. “A sejtek érezhetik a környezetüket, és különböző módon reagálnak a különböző merevségekre. Tehát azt próbáljuk megtenni, hogy olyan anyagokat készítsünk, ahol önállóan ellenőrizhetjük ezeket a tulajdonságokat, hogy megtudjuk, hogyan reagálnak a sejtek ezekre az anyagcsoportokra., Tehát változtassa meg a kémiát, de ne változtassa meg a mechanikai tulajdonságokat vagy az architektúrát, ne változtassa meg az architektúrát, hanem ne változtassa meg a mechanikai tulajdonságokat, vagy változtassa meg a mechanikai tulajdonságokat, de ne változtasson semmi mást.”
a díj segíteni fog Chow-nak és csapatának abban, hogy jobban megértsék, hogyan reagálnak a sejtek a platformjukra, hogy finomhangolhassák azt. Munkájuk az “optimális anyag” létrehozására összpontosít, amely olyan választ vált ki, amely mind a csont -, mind a porcszövetet eredményezi., A végső cél azonban kettős: a biológiailag lebomló implantátum, hogy lehet beilleszteni kár, hogy védekezzenek, vagy késedelem jövőben a szövetek elhalását, illetve maradandó károsodást szenvedett, illetve alapvető megértése, hogy úgy is lehet fordítani, hogy más típusú sejtek, mint például a bőr sejtek, a jobb kezelések az emberek, mint áldozat.
“azt akarjuk, hogy ez egy ugródeszka legyen azok számára, akik más szövetrendszerek iránt érdeklődnek” – mondja Chow, aki kapcsolatban áll a Lehigh funkcionális anyagok és eszközök Intézetével (I-FMD)., “Azok az emberek, akik jobban meg akarják érteni azokat a tulajdonságokat, amelyeket saját anyagaikban kell kifejleszteniük, hogy más érdekes szöveteket regeneráljanak.”
mintegy Lesley W. Chow
Lesley W. Chow csatlakozott Lehigh követően posztdoktori képzés Imperial College London és PhD Northwestern University. Kutatási területe a szövetmérnöki és regeneratív gyógyászati alkalmazások új bioméreteinek tervezése., Építve a korábbi tapasztalatok szupramolekuláris tervezés, mind a bioanyag gyártás, a Chow Labor kombinálja a különböző anyagok, illetve a speciális gyártási technikák generálni váz a architektúrák, illetve térben szervezett funkció, amely hasonlít a natív biológiai szövetek. Chow különösen érdekli a 3D nyomtatás és az önszerelés módszereinek alkalmazása a szintetikus polimerek, a természetes biopolimerek és a peptidek hierarchikus struktúrákba és kompozíciókba rendezésére., Ezek az állványok platformként szolgálnak, hogy elmélyítsék annak megértését, hogy a natív szöveti szervezet hogyan befolyásolja a sejtek és szövetek működését a hosszúsági skálákon, és javítsák a biológiai anyagok klinikai fordítását.
A Chow Lab jelenleg a mozgásszervi szövetek regenerálódásának javítására irányuló megközelítésekre összpontosít, például a csont és a porc közötti osteochondralis interfészre., Ezeknek a komplex interfészeknek az újrateremtése jelentős mérnöki kihívást jelent, mivel a natív szövetek olyan biokémiai, szerkezeti és mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek kritikusak a normál biomechanikai funkció szempontjából. A csapat fejlődő bioanyagok-alapú stratégiák útmutató térbeli sejt viselkedését, illetve szövet képződése, hogy mérnök, szövetek, amelyek utánozzák ezeket struktúra-funkció-ingatlan kapcsolatok.,
Kapcsolódó linkek:
- Rossin College Kar profil: Lesley Chow
- NSF Award Abstract: karrier: a fejlődő térben szervezett bioanyagok mérnök komplex szöveti interfészek
- A Chow Lab
- Intézet funkcionális anyagok és eszközök (I-FMD)