O modalitate mai bună de a reconstrui cartilajul

Dacă ești capabil să meargă fără durere, da un silent shout-out la cartilaj., de fiecare dată când faceți un pas, acest țesut flexibil absoarbe încărcătura și o transferă în os, permițându-vă să vă mișcați liber. Dar spre deosebire de os, dacă cartilajul este deteriorat-prin rănire, uzură sau inflamație-nu se poate regenera. În timp, țesutul deteriorat se degradează, iar mersul pe jos devine progresiv mai dureros pe măsură ce oasele intră în contact unul cu celălalt.,

„în cele din Urmă, va dezvolta osteoartrita, care este cea mai comună formă de artrită și afectează aproximativ 31 de milioane de Americani”, spune Leslie Chow, un profesor asistent de bioinginerie și știința și ingineria materialelor de la Lehigh University P. C. Rossin Facultatea de Inginerie și Științe Aplicate. „Și în timp ce există unele intervenții chirurgicale, în cele din urmă ați lovit un punct în care vă aflați într-o durere atât de mare și aveți o astfel de pierdere de mobilitate încât aveți nevoie de o înlocuire totală a genunchiului.,”

intervențiile eficiente nu există încă, deoarece cartilajul este atât de dificil de reprodus sintetic. Orice țesut nou care se formează nu are aceleași proprietăți ca cartilajul nativ și nu se integrează bine cu osul subiacent pe care se presupune că îl protejează. Dar dacă un biomaterial poate fi dezvoltat cu succes regizat de regenerare a întregului osteocartilaginoasă („osteo” pentru os, „condrale” pentru cartilaj) țesutul cartilajului leziuni ar putea fi tratate mai devreme și degenerare ar putea fi încetinit sau oprit cu totul.,

„dacă putem interveni atunci când aveți pentru prima dată acest prejudiciu, această terapie ar avea potențialul de a vă cumpăra 10 sau mai mulți ani sau poate că nu veți avea nevoie niciodată de o înlocuire a genunchiului”, spune Chow. „Acesta este visul.”

pentru Chow, este un vis care a ajuns cu un pas mai aproape de realitate atunci când a primit un Premiu al Facultății Early Career Development Program (CAREER) de la National Science Foundation. Premiul sprijină munca pe care ea și echipa ei o fac pentru a dezvolta un biomaterial care promovează regenerarea interfeței complexe a țesutului osteochondral., Mai exact, rafinarea materialului lor imprimat 3D pentru a furniza semnale exacte celulelor care permit formarea de țesut organizat în același mod ca și țesutul natural. granturile pentru carieră sunt considerate una dintre cele mai prestigioase recunoașteri acordate de FSN. Acestea sunt acordate anual în sprijinul membrilor facultăților de juniori din SUA, care exemplifică rolul profesorilor-savanți prin cercetare remarcabilă, educație excelentă și integrarea Educației și Cercetării. Fiecare premiu oferă suport stabil la nivelul de aproximativ 500.000 $pentru o perioadă de cinci ani.,

” știm că avem celule în corpul nostru care sunt capabile să regrowing aceste țesuturi, dar ce se întâmplă dacă nu le dăm indicii corecte?”spune Chow. „Ne gândim mult la indiciile chimice și fizice pe care le oferim celulelor. Ceea ce am dori să putem face, de exemplu, este să schimbăm chimia biomaterialului nostru, păstrând în același timp aceeași proprietate mecanică. Acest lucru este foarte dificil de făcut, deoarece aceste proprietăți sunt în mod inerent legate între ele. Laboratorul meu a dezvoltat o platformă unde putem schimba aceste indicii independent unul de celălalt.,efortul de regenerare a țesutului osteochondral prin biomateriale nu este nou. Există nenumărate moduri în care cercetătorii au făcut-o, spune Chow. Dar nu este clar exact cum funcționează materialele, regulile de proiectare atât de bine definite sunt evazive. De exemplu, cercetătorii nu pot spune ce proprietate mecanică specifică sau porozitate este necesară sau ce tac biochimic trebuie livrat pentru a obține un răspuns celular specific. Chow vrea să stabilească un set de criterii de proiectare pentru a elimina presupunerile. schelele tipărite 3D ale echipei au dat deja rezultate promițătoare., Înainte de imprimare, ele sintetizează peptide-segmente scurte de proteine-pentru a promova formarea oaselor sau a cartilajului. Ei atașează aceste peptide la polimeri biodegradabili și adaugă conjugatele peptid-polimer rezultate la o concentrație dorită în timpul imprimării 3D pentru a fabrica un material funcționalizat peptidic.”este ca o imprimantă color”, spune Chow. „Spuneți că doriți să imprimați mai întâi schela de promovare a oaselor și apoi doriți să treceți la promovarea cartilajului. Trebuie doar să comutați capetele imprimantei. E ca și cum ai schimba culorile., Deci, în cadrul aceleiași amprente, sfârșești cu un biomaterial care are peptide care promovează oasele și cartilagiile într-o singură structură continuă.”

polimerii cu care lucrează Chow pot avea, de asemenea, greutăți moleculare diferite, ceea ce înseamnă că pot fi lanțuri scurte sau lungi. Utilizarea diferitelor greutăți moleculare le permite să prezinte aceeași chimie (deoarece lanțurile scurte și lungi sunt realizate din același polimer), dar prezintă proprietăți mecanice diferite (lanțul mai lung va avea ca rezultat un material mai rigid)., „ipoteza mea ar fi că un material mai rigid ar conduce celulele să producă oase și un material mai moale va conduce celulele să producă cartilaje”, spune Chow. „Celulele își pot simți mediul și răspund la diferite rigidități în moduri diferite. Ceea ce încercăm să facem este să creăm materiale în care să putem controla independent aceste proprietăți pentru a afla cum reacționează celulele la aceste subseturi de materiale., Deci schimbați chimia, dar nu schimbați proprietățile mecanice sau arhitectura, schimbați arhitectura, dar nu schimbați proprietățile mecanice sau schimbați proprietățile mecanice, dar nu schimbați nimic altceva. premiul îl va ajuta pe Chow și echipa ei să înțeleagă mai bine modul în care celulele răspund la platforma lor, astfel încât să o poată regla fin. Munca lor se concentrează pe realizarea „materialului optim” care provoacă un răspuns care produce atât țesutul osos, cât și cartilajul., Scopul final este însă dublu: un implant biodegradabil care ar putea fi introdus după rănire pentru a îndepărta sau întârzia degenerarea țesuturilor viitoare și durerea debilitantă și o înțelegere fundamentală care poate fi tradusă în alte tipuri de celule, cum ar fi celulele pielii, pentru tratamente mai bune pentru oameni ca victimele arsurilor.”vrem ca aceasta să fie o rampă de lansare pentru cei interesați de alte sisteme de țesuturi”, spune Chow, care este afiliat cu Institutul Lehigh pentru materiale și dispozitive funcționale (I-FMD)., „Oamenii care doresc să înțeleagă mai bine proprietățile de care au nevoie pentru a se dezvolta în propriile materiale pentru a regenera alte țesuturi de interes. Lesley W. Chow s-a alăturat echipei Lehigh în urma pregătirii postdoctorale la Imperial College London și a doctoratului la Northwestern University. Interesele sale de cercetare se concentrează pe proiectarea de biomateriale noi pentru ingineria țesuturilor și aplicații în medicina regenerativă., Bazându-se pe experiența sa anterioară în proiectarea supramoleculară și fabricarea biomaterialelor, Chow Lab combină diferite materiale și tehnici avansate de fabricație pentru a genera schele cu arhitecturi și funcționalități organizate spațial care seamănă cu țesuturile biologice native. Chow este deosebit de interesat de utilizarea abordărilor de imprimare și auto-asamblare 3-D pentru a organiza polimeri sintetici, biopolimeri naturali și peptide în structuri și compoziții ierarhice., Aceste schele servesc ca platforme pentru a aprofunda înțelegerea modului în care organizarea țesuturilor native afectează funcția celulelor și țesuturilor pe scări de lungime și pentru a îmbunătăți traducerea clinică a Biomaterialelor.Laboratorul Chow este în prezent axat pe abordări pentru îmbunătățirea regenerării interfețelor țesutului musculo-scheletic, cum ar fi interfața osteochondrală dintre OS și cartilaj., Recrearea acestor interfețe complexe reprezintă o provocare inginerească semnificativă, deoarece țesuturile native posedă gradienți în proprietăți biochimice, structurale și mecanice care sunt critice pentru funcția biomecanică normală. Echipa ei dezvoltă strategii bazate pe biomateriale pentru a ghida comportamentul celulelor spațiale și formarea țesuturilor pentru a crea țesuturi care imită aceste relații structură-funcție-proprietate.,

link-uri conexe:

• Rossin College profilul Facultății: Lesley Chow
• premiul NSF rezumat: carieră: dezvoltarea Biomaterialelor organizate spațial pentru a crea interfețe complexe de țesuturi
• Laboratorul Chow
• Institutul pentru materiale și dispozitive funcționale (i-FMD)