afbeelding: Lesley Chow, een assistant professor of bioengineering and materials science and engineering aan Lehigh University ontving een NSF Faculty Early Career Development Program (CAREER) award. De prijs ondersteunt werk ze… Bekijk meer
Credit: Ryan Hulvat voor Lehigh University
als je kunt lopen zonder pijn, geef een stille schreeuw-out aan je kraakbeen.,
elke keer dat u een stap zet, absorbeert dit flexibele weefsel de belasting en brengt het over op het bot, zodat u vrij kunt bewegen. Maar in tegenstelling tot bot, als kraakbeen beschadigd raakt-door letsel, slijtage of ontsteking-kan het niet regenereren. Na verloop van tijd, het beschadigde weefsel degradeert, en lopen wordt steeds pijnlijker als de botten in contact komen met elkaar.,”uiteindelijk zul je osteoartritis ontwikkelen, de meest voorkomende vorm van artritis en treft ongeveer 31 miljoen Amerikanen,” zegt Lesley Chow, een assistant professor in bioengineering and materials science and engineering aan het Lehigh University P. C. Rossin College of Engineering and Applied Science. “En terwijl er enkele chirurgische ingrepen zijn, kom je uiteindelijk op een punt waar je zoveel pijn hebt en zo’ n verlies van mobiliteit hebt dat je een volledige knievervanging nodig hebt.,”
effectieve interventies bestaan nog niet omdat kraakbeen zo moeilijk synthetisch te reproduceren is. Elk nieuw weefsel dat zich vormt, heeft niet dezelfde eigenschappen als inheems kraakbeen en integreert niet goed met het onderliggende bot dat het moet beschermen. Maar als een biomateriaal kon worden ontwikkeld dat met succes gerichte regeneratie van het gehele osteochondrale (“osteo” voor bot, “chondrale” voor kraakbeen) weefsel, kraakbeenletsels kunnen eerder worden behandeld en degeneratie kan worden vertraagd of helemaal gestopt.,
” als we kunnen ingrijpen wanneer je voor het eerst dat letsel hebt, zou deze therapie de potentie hebben om je 10 jaar of meer te kopen, of misschien heb je nooit een knievervanging nodig,” zegt Chow. “Dat is de droom.”voor Chow, it’ s a dream that got one step closer to reality toen ze een Faculty Early Career Development Program (CAREER) award ontving van de National Science Foundation. De prijs ondersteunt het werk dat zij en haar team doen om een biomateriaal te ontwikkelen dat de regeneratie van de complexe osteochondrale weefselinterface bevordert., Specifiek, het verfijnen van hun 3D-gedrukt materiaal om de nauwkeurige signalen aan cellen te verstrekken die de vorming van weefsel toelaten georganiseerd op dezelfde manier als natuurlijk weefsel.
LOOPBAANBEURZEN worden beschouwd als een van de meer prestigieuze erkenningen die door de NSF worden gegeven. Ze worden jaarlijks toegekend ter ondersteuning van junior faculteitsleden in de VS, die een voorbeeld van de rol van de leraar-geleerden door middel van uitstekend onderzoek, excellent onderwijs, en de integratie van onderwijs en onderzoek. Elke award biedt stabiele ondersteuning op het niveau van ongeveer $ 500.000 voor een periode van vijf jaar.,
” we weten dat we cellen in ons lichaam hebben die in staat zijn om deze weefsels terug te laten groeien, maar wat als we ze niet de juiste aanwijzingen geven?”zegt Chow. “We denken veel na over de chemische en fysische aanwijzingen die we aan cellen bieden. We willen bijvoorbeeld de chemie van ons biomateriaal veranderen met behoud van dezelfde mechanische eigenschappen. Dit is erg moeilijk te doen omdat deze eigenschappen inherent aan elkaar zijn gebonden. Mijn lab heeft een platform ontwikkeld waar we deze signalen onafhankelijk van elkaar kunnen veranderen.,”
de inspanning om osteochondraal weefsel te regenereren via biomaterialen is niet nieuw. Er zijn talloze manieren waarop onderzoekers het hebben gedaan, zegt Chow. Maar het is niet duidelijk precies hoe de materialen werken, dus goed gedefinieerde ontwerpregels zijn ongrijpbaar. Onderzoekers kunnen bijvoorbeeld niet zeggen welke specifieke mechanische eigenschap of porositeit vereist is, of welke biochemische cue moet worden geleverd om een specifieke celrespons te bereiken. Chow wil een reeks ontwerpcriteria opstellen om het giswerk te elimineren.
De 3D-geprinte steigers van het team hebben al veelbelovende resultaten opgeleverd., Voorafgaand aan het drukken synthetiseren ze peptiden — korte segmenten van eiwitten — om bot-of kraakbeenvorming te bevorderen. Zij hechten deze peptides aan biologisch afbreekbare polymeren en voegen de resulterende peptide-polymeerconjugaten bij een gewenste concentratie tijdens 3D druk toe om een peptide-functionalized materiaal te fabriceren.
” Het is als een kleurenprinter, ” zegt Chow. “Stel dat je eerst je botbevorderende steiger wilt printen en dan over wilt gaan naar je kraakbeen bevorderende. Je wisselt gewoon je printerkoppen. Het is alsof je van kleur wisselt., In dezelfde afdruk heb je één biomateriaal met bot – en kraakbeenbevorderende peptiden in één continue steiger.”
de polymeren waarmee Chow werkt kunnen ook verschillende molecuulgewichten hebben, wat betekent dat ze korte of lange ketens kunnen zijn. Met behulp van verschillende molecuulgewichten kunnen ze dezelfde chemie presenteren (omdat de korte en lange ketens van hetzelfde polymeer zijn gemaakt) maar verschillende mechanische eigenschappen vertonen (de langere keten zal resulteren in een stijver materiaal).,
“mijn hypothese zou zijn dat een stijver materiaal de cellen zou drijven om bot te produceren en een zachter materiaal cellen zal drijven om kraakbeen te produceren,” zegt Chow. “Cellen kunnen hun omgeving voelen en reageren op verschillende stijfheid op verschillende manieren. Dus wat we proberen te doen is materialen maken waar we deze eigenschappen onafhankelijk kunnen controleren om uit te vinden hoe cellen reageren op deze deelverzamelingen van materialen., Dus verander de chemie, maar verander niet de mechanische eigenschappen of architectuur, verander de architectuur, maar verander niet de mechanische eigenschappen, of verander de mechanische eigenschappen, maar verander niets anders.”
De prijs zal Chow en haar team helpen beter te begrijpen hoe cellen reageren op hun platform, zodat ze het kunnen verfijnen. Hun werk richt zich op het maken van het “optimale materiaal” dat een reactie oproept die zowel bot-als kraakbeenweefsel oplevert., Het uiteindelijke doel is echter tweeledig: een biologisch afbreekbaar implantaat dat na een verwonding kan worden ingebracht om toekomstige weefseldegeneratie en slopende pijn af te weren of te vertragen, en een fundamenteel begrip dat kan worden vertaald naar andere celtypen, zoals huidcellen, voor betere behandelingen voor mensen zoals brandwondenslachtoffers.
” We willen dat dit een springplank is voor diegenen die geïnteresseerd zijn in andere weefselsystemen,” zegt Chow, die is aangesloten bij Lehigh ‘ s Institute for Functional Materials and Devices (I-FMD)., “Mensen die de eigenschappen die ze nodig hebben om te ontwikkelen in hun eigen materialen beter willen begrijpen om andere weefsels van belang te regenereren.”over Lesley W. Chow Lesley W. Chow sloot zich aan bij Lehigh na haar postdoctorale opleiding aan het Imperial College London en haar PhD aan de Northwestern University. Haar onderzoeksinteresses richten zich op het ontwerpen van nieuwe biomaterialen voor tissue engineering en regeneratieve geneeskunde toepassingen., Voortbouwend op haar eerdere ervaring met supramoleculair ontwerp en biomateriaal fabricage, combineert het Chow Lab verschillende materialen en geavanceerde fabricagetechnieken om steigers te genereren met architecturen en ruimtelijk georganiseerde functionaliteit die lijken op inheemse biologische weefsels. Chow is vooral geïnteresseerd in het gebruik van 3D-printen en zelfassemblage benaderingen om synthetische polymeren, natuurlijke biopolymeren en peptiden te organiseren in hiërarchische structuren en composities., Deze steigers dienen als platforms om begrip over hoe inheemse weefselorganisatie cel en weefselfunctie over lengteschalen beà nvloedt te verdiepen en klinische vertaling van biomaterialen te verbeteren.
Het Chow Lab richt zich momenteel op benaderingen om de regeneratie van musculoskeletale weefselinterfaces te verbeteren, zoals de osteochondrale interface tussen bot en kraakbeen., Het herscheppen van deze complexe interfaces stelt een significante techniekuitdaging aangezien de inheemse weefsels gradiënten in biochemische, structurele, en mechanische eigenschappen bezitten die voor normale biomechanische functie kritiek zijn. Haar team ontwikkelt biomaterialen-gebaseerde strategieën om ruimtelijk celgedrag en weefselvorming te begeleiden om weefsels te ontwikkelen die deze structuur-functie-eigendomsverhoudingen nabootsen.,
gerelateerde Links:
- Rossin College Faculty Profile: Lesley Chow
- NSF Award Abstract: carrière: ontwikkelen van ruimtelijk georganiseerde biomaterialen om complexe Weefselinterfaces te ontwikkelen
- The Chow Lab
- Institute for Functional Materials and Devices (I-FMD)