Rosnące organy i wspomaganie gojenia się ran

Rozciągliwa nowa tkanina wykonana przez połączenie białek znajdujących się w tkance mięśniowej może stanowić rusztowanie do wzrostu nowych narządów. Może być również stosowany jako powłoka na bandaże, aby pomóc w szybkim gojeniu się ran i z mniejszą ilością blizn. Tkanina została wykonana w laboratorium Kevin Kit Parker , profesor w Harvard’s School of Engineering and Applied Science.

Wzór białkowy: Ten render komputerowy pokazuje zmarszczki na tkaninie wykonanej z białka. Takie tkaniny mogłyby służyć jako rusztowania do hodowania organów.

Kiedy w organizmie rośnie nowa tkanka, komórki wydzielają fibronektynę – silne, rozciągliwe białko, które działa jak rusztowanie podtrzymujące. Kształt i struktura, jaką przyjmuje fibronektyna, kieruje dalszym wzrostem nowych komórek, nadając powstałej tkance właściwą formę.

Zespół Parkera tworzy tkaninę, umieszczając cząsteczki fibronektyny na wierzchu wodoodpornej powierzchni polimeru. Powoduje to rozpad białek, które normalnie są spiętrzone. Następnie warstwa białka jest odciskana na rozpuszczalnym, przyciągającym wodę arkuszu polimerowym na wierzchu kawałka szkła. Dodanie wody i ogrzanie mieszanki do temperatury pokojowej powoduje, że białka łączą się ze sobą, tworząc tkaninę. Rozpuszcza również polimer, dzięki czemu tkaninę można oderwać i zebrać.

Zespół wykonał próbki materiału o grubości 10 nanometrów i szerokości około 2,5 centymetra. Naukowcy mogą kontrolować architekturę i właściwości mechaniczne tkaniny, używając różnych białek lub zmieniając sposób ich ułożenia.

Różne grupy badawcze opracowują sposoby hodowania tkanki zastępczej w laboratorium, ale dużym wyzwaniem jest określenie właściwego kierunku wzrostu nowych komórek. Naukowcy stworzyli wcześniej rusztowania komórkowe, wypłukując żywe komórki z pobranych wątrób i serc oraz tworząc szkielety komórkowe z polimerów.

Budując nowe rusztowanie od białka w górę, zespół Parkera może zaprogramować wskazówki kierunku w architekturze rusztowania, a tym samym kierować wzrost komórek w pożądanym kierunku. Używanie naturalnych białek zamiast syntetycznych polimerów lub pozbawionych komórek narządów zmniejsza prawdopodobieństwo, że nowa tkanka zostanie odrzucona po wszczepieniu.

W jednym eksperymencie zespół badawczy wyhodował komórki mięśnia sercowego na kawałku gotowej tkaniny. Tkanina spowodowała, że ​​komórki mięśniowe połączyły się ze sobą, tworząc tkankę, która pod wpływem stymulacji elektrycznej biła przez tydzień.

To bardzo sprytne podejście, mówi Juan Hinestroza , adiunkt i dyrektor Laboratorium Nanotechnologii Tekstyliów na Uniwersytecie Cornell. Sterowanie architekturą rusztowania jest naprawdę nowatorskie. I skalowalność – możesz ją wykorzystać do tworzenia większych wzorów.

Poza budowaniem trójwymiarowych rusztowań do rekonstrukcji narządów, nową tkaninę można osadzić w bandażach, przyspieszając gojenie ran i minimalizując tworzenie się blizn.

Materiał mógłby również znaleźć inne nowatorskie zastosowania. Atrakcyjną cechą jest jej niezwykła elastyczność. Białko fibronektyna, które tworzy podstawową nić tkaniny, jest częścią maszynerii molekularnej, która umożliwia kurczenie się i rozluźnianie mięśni.

[Fibronektyna] jest ściskana jak sprężyna, gdy napinasz mięśnie, a kiedy się rozluźniasz, odpycha je, mówi Parker. Taka struktura nadaje tkaninie elastyczność i pozwala na rozciąganie jej do 18 razy w stosunku do pierwotnej długości. Kiedy naciągasz tkaninę, rozkładasz białka, zapewniając dodatkową siłę, mówi Parker.

Zespół Parkera bada właściwości mechaniczne nowej tkaniny, bada jej wytrzymałość i rozciągliwość. Nowa metoda tłoczenia może pozwolić im na wytwarzanie większych, bardziej skomplikowanych tkanin. Podstawowa technologia nie działa, mówi Parker. Teraz musimy ułatwić aplikacje spinout.

ukryć