IMAGE: Lesley Chow, an assistant professor of bioengineering and materials science and engineering at Lehigh University received an NSF Faculty Early Career Development Program (CAREER) award. O prémio apoia o trabalho dela… ver mais Crédito: Ryan Hulvat para Lehigh University
Se você é capaz de andar sem dor, dê um grito silencioso para a sua cartilagem., cada vez que dá um passo, este tecido flexível absorve a carga e transfere-a para o osso, permitindo-lhe mover-se livremente. Mas ao contrário do osso, se a cartilagem ficar danificada — por lesão, desgaste ou inflamação — ela não pode se regenerar. Com o tempo, o tecido danificado degrada-se, e andar torna-se progressivamente mais doloroso à medida que os ossos entram em contacto uns com os outros.,
“eventualmente, você vai desenvolver osteoartrite, que é a forma mais comum de artrite e afeta aproximadamente 31 milhões de americanos”, diz Lesley Chow, um professor assistente de Bioengenharia e ciência dos materiais e engenharia na Universidade de Lehigh P. C. Rossin College of Engineering and Applied Science. “E enquanto há algumas intervenções cirúrgicas, você eventualmente atinge um ponto em que você está com tanta dor e tem uma perda de mobilidade tal que você precisa de uma substituição total do joelho.,”
intervenções efetivas ainda não existem porque a cartilagem é tão difícil de reproduzir sinteticamente. Qualquer tecido novo que se forma não tem as mesmas propriedades como cartilagem nativa e não se integra bem com o osso subjacente que é suposto proteger. Mas se um biomaterial poderia ser desenvolvido que com sucesso direcionasse a regeneração de todo o tecido osteocondral (“osteo” para o osso, “condral” para a cartilagem), as lesões da cartilagem poderiam ser tratadas mais cedo e a degeneração poderia ser retardada ou interrompida completamente.,
“Se pudermos intervir quando você tiver essa lesão pela primeira vez, esta terapia teria o potencial de lhe comprar 10 ou mais anos, ou talvez você nunca precisaria de uma substituição do joelho”, diz Chow. “Esse é o sonho.”
para Chow, é um sonho que ficou um passo mais perto da realidade quando ela recebeu um prêmio do Programa de desenvolvimento de carreira da Faculdade (CAREER Development Program) da National Science Foundation. O prêmio apoia o trabalho que ela e sua equipe estão fazendo para desenvolver um biomaterial que promove a regeneração do complexo tecido osteocondral interface., Especificamente, refino seu material impresso em 3D para fornecer os sinais exatos para as células que permitem a formação de tecido organizado da mesma forma que o tecido natural. as bolsas de carreira são consideradas um dos reconhecimentos mais prestigiados da NSF. Eles são concedidos anualmente em apoio aos membros do corpo docente Júnior em todos os Estados Unidos, que exemplificam o papel dos professores-acadêmicos através de pesquisa excepcional, excelente educação, e a integração de educação e pesquisa. Cada prêmio fornece suporte estável no nível de aproximadamente US $ 500.000 por um período de cinco anos.,”sabemos que temos células no nosso corpo que são capazes de regenerar estes tecidos, mas e se não lhes estivermos a dar as dicas certas?”diz Chow. “Pensamos muito sobre as sugestões químicas e físicas que oferecemos às células. O que gostaríamos de ser capazes de fazer, por exemplo, é mudar a química de nosso biomaterial, mantendo a mesma propriedade mecânica. Isto é muito difícil de fazer porque estas propriedades estão intrinsecamente ligadas umas às outras. O meu laboratório desenvolveu uma plataforma onde podemos mudar estes sinais independentemente um do outro.,”
the effort to regenerate osteochondral tissue via biomaterials isn’t new. Há inúmeras formas de os investigadores o terem feito, diz Chow. Mas não está claro exatamente como os materiais funcionam, então as regras de design bem definidas são evasivas. Por exemplo, os pesquisadores não podem dizer que Propriedade Mecânica específica ou porosidade é necessária, ou que sugestão bioquímica deve ser entregue para alcançar uma resposta celular específica. Chow quer estabelecer um conjunto de critérios de design para eliminar as suposições. os andaimes impressos em 3D da equipe já produziram resultados promissores., Antes da impressão, eles sintetizam peptídeos–segmentos curtos de proteínas–para promover a formação de osso ou cartilagem. Eles ligam estes peptídeos a polímeros biodegradáveis e adicionam os conjugados de peptídeo-polímero resultantes a uma concentração desejada durante a impressão 3D para fabricar um material com função peptídica.”é como uma impressora a cores”, diz Chow. “Diz que queres imprimir o teu andaime de promoção óssea primeiro e depois queres passar à promoção da cartilagem. Basta trocar a cabeça da impressora. É como trocar de cores., Então, dentro da mesma impressão, você acaba com um biomaterial que tem peptídeos promotores de ossos e cartilagens em um suporte contínuo.”the polymers Chow is working with can also have different molecular weights, meaning they can be short or long chains. Usando pesos moleculares diferentes permite-lhes apresentar a mesma química (porque as cadeias curtas e longas são feitas a partir do mesmo polímero), mas exibem diferentes propriedades mecânicas (a cadeia mais longa resultará em um material mais resistente).,
“a minha hipótese seria de que um material mais resistente levaria as células a produzir osso e um material mais suave irá levar as células a produzir cartilagem”, diz Chow. “As células podem sentir o seu ambiente, e respondem a diferentes rigidez de maneiras diferentes. Então o que estamos tentando fazer é fazer materiais onde possamos controlar independentemente essas propriedades para descobrir como as células respondem a esses subconjuntos de materiais., Então mude a química, mas não mude as propriedades mecânicas ou arquitetura, mude a arquitetura, mas não mude as propriedades mecânicas, ou mude as propriedades mecânicas, mas não mude nada mais.”
O prêmio vai ajudar Chow e sua equipe a entender melhor como as células respondem a sua plataforma para que eles possam ajustá-la. Seu trabalho se concentra em fazer o “material ideal” que provoca uma resposta que produz tanto osso e tecido de cartilagem., O objetivo final, no entanto, é dupla: de um implante biodegradável que pode ser inserida após a lesão para afastar ou atraso de futuro tecido degeneração e debilitantes dor, e um entendimento fundamental que pode ser traduzido para outros tipos de células, tais como células da pele, para melhores tratamentos para pessoas como vítimas de queimaduras.
“queremos que este seja um trampolim para os interessados em outros sistemas de tecidos”, diz Chow, que é filiado ao Instituto de materiais e dispositivos funcionais de Lehigh (I-FMD)., “As pessoas que querem entender melhor as propriedades que precisam desenvolver em seus próprios materiais para regenerar outros tecidos de interesse. Lesley W. Chow juntou-se a Lehigh após sua formação pós-doutoral no Imperial College London e PhD na Northwestern University. Seus interesses de pesquisa se concentram no projeto de novos biomateriais para engenharia de tecidos e aplicações de Medicina Regenerativa., Baseando-se em sua experiência anterior com design supramolecular e fabricação biomaterial, o laboratório Chow combina diferentes materiais e técnicas avançadas de fabricação para gerar andaimes com arquiteturas e funcionalidade espacialmente organizada que se assemelham a tecidos biológicos nativos. Chow está particularmente interessado em utilizar abordagens de impressão 3-D e auto-montagem para organizar polímeros sintéticos, biopolímeros naturais e peptídeos em estruturas hierárquicas e composições., Estes Andaimes servem como plataformas para aprofundar a compreensão sobre como a organização dos tecidos nativos afeta a função celular e tecidular em escalas de comprimento e melhorar a tradução clínica de biomateriais.
O Laboratório de Chow está atualmente focado em abordagens para melhorar a regeneração das interfaces dos tecidos musculoesqueléticos, tais como a interface osteocondral entre o osso e a cartilagem., Recriando essas interfaces complexas representa um desafio significativo de engenharia, já que os tecidos nativos possuem gradientes em propriedades bioquímicas, estruturais e mecânicas que são fundamentais para a função biomecânica normal. Sua equipe está desenvolvendo estratégias baseadas em biomateriais para orientar o comportamento das células espaciais e a formação de tecidos para criar tecidos que imitam essas relações estrutura-função-propriedade.,perfil da Faculdade de Rosin: Lesley Chow Abstract: CAREER: Developing Spatially Organized Biomaterials to Engineer Complex Tissue Interfaces
The Chow Lab
Institute for Functional Materials and Devices (I-FMD)