En bedre måte å gjenoppbygge brusk

Hvis du er i stand til å gå uten smerte, gi en silent shout-out til brusk.,

Hver gang du tar et steg, denne fleksible vevet absorberer lasten og overfører den til bein, slik at du kan bevege deg fritt. Men i motsetning til bein, hvis brusk blir skadet–av skader, slitasje, eller betennelse-det kan ikke regenerere. Over tid, skadet vev brytes, og går blir stadig mer smertefulle som bein kommer i kontakt med hverandre.,

«til Slutt, vil du utvikle slitasjegikt, som er den vanligste formen for leddgikt og påvirker ca 31 millioner Amerikanere,» sier Lesley Chow, en assisterende professor i bioteknologi og materialteknologi ved Lehigh University ‘ s P. C. Rossin College of Engineering, og Anvendt Vitenskap. «Og mens det er noen kirurgiske inngrep, du til slutt traff et punkt hvor du er i så mye smerte og har slik et tap av mobilitet som du trenger en kneprotese.,»

Effektive intervensjoner ennå ikke eksisterer fordi brusk er så vanskelig å reprodusere syntetisk. Noen nye vev som gjør skjema ikke har de samme egenskaper som innfødte brusk og ikke integreres godt med underliggende bein det er ment å beskytte. Men hvis en biomaterial kunne utvikles som vellykket rettet regenerering av hele osteochondral («osteo» for bein, «chondral» for brusk) vev, brusk skader kan behandles tidligere, og degenerasjon kunne bli redusert eller stoppet helt.,

«Hvis vi kan gripe inn når du først har skaden, denne behandlingen ville ha potensial til å kjøpe deg 10 år eller mer, eller kanskje du vil aldri trenger en kneoperasjon, sier Chow. «Det er drømmen.»

For Chow, det er en drøm som fikk ett skritt nærmere virkeligheten når hun fikk et Fakultet Early Career Development Program (KARRIERE) award fra National Science Foundation. Prisen er støtte til arbeid som hun og hennes team gjør for å utvikle en biomaterial som fremmer regenerasjon av komplekse osteochondral vev-grensesnitt., Spesielt, raffinering deres 3D-trykt materiale for å gi nøyaktig signaler til cellene som gjør det mulig for dannelse av vev organisert på samme måte som naturlig vev.

KARRIERE tilskudd er betraktet som ett av de mer prestisjefylte utmerkelser gitt av NSF. De er delt ut årlig i støtte fra junior-fakultetet medlemmer over hele USA som eksempler på rollen som lærer-forskere gjennom fremragende forskning, utmerket utdannelse, og integrering av undervisning og forskning. Hver award gir stabil støtte på nivå med ca $500,000 etter en fem-års periode.,

«Vi vet at vi har celler i kroppen vår som er i stand til regrowing disse vev, men hva hvis vi ikke gir dem rett signaler?»sier Chow. «Vi tror mye om de kjemiske og fysiske signaler vi tilbyr til cellene. Hva vi ønsker å være i stand til å gjøre, for eksempel, er å endre kjemi av våre biomaterial samtidig som du beholder den samme mekaniske egenskaper. Dette er svært vanskelig å gjøre, fordi disse egenskapene er svært knyttet til hverandre. Min lab har utviklet en plattform der vi kan endre disse signaler uavhengig av hverandre.,»

arbeidet med å regenerere osteochondral vev via biomaterials er ikke noe nytt. Det er utallige måter forskere har gjort det, sier Chow. Men det er ikke klart nøyaktig hvordan materialet arbeid, så vel-definert design reglene er unnvikende. For eksempel, forskerne kan ikke si hvilke konkrete mekaniske egenskaper eller porøsitet er nødvendig, eller hva biokjemiske stikkordet må være levert for å oppnå en bestemt celle respons. Chow ønsker å etablere et sett av design kriteriene for å eliminere gjetting.

laget 3D-printede stillaser har allerede gitt lovende resultater., Før det brukes til utskrift, de syntetisere peptider–korte segmenter av proteiner–å enten fremme bein eller brusk dannelse. De legger disse peptider å bionedbrytbare polymerer og legge den resulterende peptid-polymer konjugater på et ønsket konsentrasjon under 3D-utskrift i å utvikle et peptid-functionalized materiale.

«Det er som en fargeskriver, sier Chow. «Si at du ønsker å skrive ut din bein-fremme stillaset må du først ønsker å gå over til brusk fremme. Du bare slå skriveren hoder. Det er som å bytte farger., Så i den samme skrive ut, kan du ende opp med en biomaterial som har både bein og brusk-fremme peptider i en kontinuerlig stillaset.»

polymerer Chow arbeider med, kan også ha forskjellige molekylvekt, som betyr at de kan være korte eller lange kjeder. Ved hjelp av ulike molekylvekt som gir dem mulighet til å presentere samme kjemi (fordi korte og lange kjeder er laget av det samme polymer), men har ulike mekaniske egenskaper (lengre kjede vil resultere i et stivere materiale).,

«Min hypotese vil være at et stivere materiale som ville kjøre cellene produserer bein, og et mykere materiale vil drive cellene til å produsere brusk, sier Chow. «Celler kan føle seg sine omgivelser, og de reagerer på ulike stiffnesses på forskjellige måter. Så hva er det vi prøver å gjøre er å lage materialer hvor vi kan uavhengig kontroll av disse egenskapene for å finne ut hvordan cellene reagerer på disse delmengder av materialet., Så endre kjemi, men ikke endre den mekaniske egenskaper eller arkitektur, endre arkitektur, men ikke endre den mekaniske egenskaper, eller endre den mekaniske egenskaper, men ikke endre noe annet.»

prisen vil hjelpe Chow og teamet hennes til å bedre forstå hvordan cellene reagerer på deres plattform, slik at de kan finjustere det. Arbeidet fokuserer på å lage den «optimale materialet» som utløser en reaksjon som gir både bein og brusk vev., Det endelige målet, er imidlertid todelt: en biologisk nedbrytbar implantat som kan settes inn etter en skade for å avverge eller forsinkelse fremtiden vev degenerasjon og invalidiserende smerter, og en grunnleggende forståelse som kan oversettes til andre celletyper, som hud celler, for bedre behandlingsmetoder for mennesker som brenner ofre.

«Vi ønsker at dette skal være et springbrett for de som er interessert i andre vev systemer, sier Chow, som er tilknyttet Lehigh Institutt for Funksjonelle Materialer og Utstyr (jeg-FMD)., «Folk som ønsker å bedre forstå egenskapene de trenger for å utvikle seg i sitt eget materiale for å regenerere andre vev av interesse.»

Om Lesley W. Chow

Lesley W. Chow sluttet Lehigh følgende henne postdoctoral trening på Imperial College i London og PhD ved Northwestern University. Hennes forskningsinteresser fokus på design av nye biomaterials for tissue engineering og regenerativ medisin programmer., Bygningen på hennes tidligere erfaring med supramolecular design og biomaterial fabrikasjon, den Chow Lab kombinerer ulike materialer og avansert fabrikasjon teknikker for å generere stillaser med arkitekturer og romlig organisert funksjonalitet som ligner på det opprinnelige biologiske vev. Chow er spesielt interessert i å utnytte 3-D printing og selvbygging tilnærminger til å organisere syntetiske polymerer, naturlig biopolymers, og peptider i hierarkiske strukturer og komposisjoner., Disse stillaser fungere som plattformer for å utdype forståelsen om hvordan native vev organisasjon påvirker celler og vev funksjon mellom lengde skalaer og forbedre kliniske oversettelse av biomaterials.

Chow-Lab er for tiden fokusert på metoder for å forbedre restitusjonen av muskel vev-grensesnitt, for eksempel osteochondral grensesnitt mellom bein og brusk., Å gjenskape disse komplekse grensesnitt utgjør en betydelig teknisk utfordring som opprinnelige vev har gradienter i biokjemiske, strukturelle og mekaniske egenskaper som er avgjørende for normal biomekaniske funksjon. Hennes team er å utvikle biomaterials-baserte strategier for å veilede romlig celle atferd og vev formasjonen til å bygge vev som etterligner disse struktur-funksjon-eiendom relasjoner.,

Related Links:

• Rossin College Fakultetet Profil: Lesley Chow
• NSF Prisen Abstrakt: KARRIERE: Utvikle Romlig Organisert Biomaterials til Ingeniør Kompleks Vev-Grensesnitt
• Chow Lab
• Institutt for Funksjonelle Materialer og Utstyr (jeg-FMD)