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Le matériau bioinspired neuf de gel a pu aider à réparer les dents et l'os endommagés

Un morceau de pression d'un rétrécissement neuf, gel comme une éponge est tout qu'il prend pour transformer les cellules non spécialisées transplantées en cellules qui fixent des minerais et commencent à former des dents.

Le matériau bioinspired de gel pourrait réglage d'aide jour ou remonter a endommagé des organes, tels que les dents et l'os, et probablement d'autres organes aussi bien, des scientifiques de l'institut de Wyss pour le bureau d'études biologiquement inspiré à l'Université de Harvard, école de Harvard du bureau d'études et des sciences appliquées (MERS), et état d'hôpital pour enfants de Boston récent en matériaux avancés.

Les « techniciens de tissu ont longtemps soulevé l'idée d'employer les matériaux synthétiques pour imiter le pouvoir inductif de l'embryon, » a dit Don Ingber, M.D., Ph.D., fondant le directeur de l'institut de Wyss, le professeur de Judah Folkman de la biologie vasculaire à la Faculté de Médecine de Harvard, le professeur de la bio-ingénierie en mer, et l'auteur supérieur de l'étude. « Nous sommes excités au sujet de ce travail parce qu'il prouve que c'est réellement possible. »

Les tissus embryonnaires ont le pouvoir de piloter des cellules et des tissus pour spécialiser et former des organes. Pour faire cela, ils emploient des facteurs de croissance appelés de biomolécules pour stimuler l'accroissement ; produits chimiques de gène-commande qui font spécialiser les cellules, et forces mécaniques qui modulent des réactions de cellules à ces autres facteurs.

Mais jusqu'ici les techniciens de tissu qui veulent établir des organes dans le laboratoire ont employé seulement deux des trois stratégies - facteurs de croissance et produits chimiques de gène-commande. Peut-être comme résultat, ils n'ont pas encore réussi à produire les tissus en trois dimensions complexes.

Il y a quelques années, Ingber et Tadanori Mammoto, M.D., Ph.D., instructeur en chirurgie à l'hôpital pour enfants de Boston et Faculté de Médecine de Harvard, ont vérifié une condensation mésenchymateuse appelée de processus que les embryons emploient pour commencer former un grand choix d'organes, y compris les dents, le cartilage, l'os, le muscle, le tendon, et le rein.

Dans la condensation mésenchymateuse, deux membranes adjacentes - mesenchyme appelé desserré bourré de cellules de tissu conjonctif et tissu comme une feuille appelés un épithélium qui la couvre - mélangent les signes biochimiques. Cet échange fait se serrer les cellules mésenchymateuses fortement dans un petit noeud directement en dessous d'où l'organe neuf formera.

En examinant des tissus d'isolement dans les maxillaires des souris embryonnaires, Mammoto et Ingber ont prouvé que quand les cellules mésenchymateuses comprimées allument les gènes qui les stimulent pour produire des dents entières composées de tissus minéralisés, y compris la dentine et l'émail.

Inspiré par ces mécanisme d'admission, Ingber et Basma embryonnaires Hashmi, un candidat de Ph.D. en mer qui est l'auteur important du papier actuel, présentés pour développer une voie de concevoir les dents artificielles en produisant un matériau qui respecte les tissus qui accomplit le même objectif. Particulièrement, elles ont voulu un gel comme une éponge poreux qui pourrait être imbibé des cellules mésenchymateuses, puis, une fois implanté dans le fuselage, induit pour rétrécir dans 3D pour rendre matériel les cellules à l'intérieur de lui compactes.

Pour développer un tel matériau, Ingber et Hashmi se sont associés aux chercheurs aboutis par Joanna Aizenberg, Ph.D., un membre de la faculté de faisceau d'institut de Wyss qui aboutit la plate-forme adaptative des technologies des matériaux de l'institut. Aizenberg est le professeur d'Amy Smith Berylson de la science des matériaux en mer et professeur de biologie de chimie et de produit chimique à l'Université de Harvard.

Ils ont chimiquement modifié un polymère gélifiant spécial PNIPAAm appelé que les scientifiques livraient des médicaments aux tissus du fuselage. Les gels de PNIPAAm ont une propriété exceptionnelle : ils se contractent abruptement quand ils réchauffent.

Mais ils font ceci à une température tiède, alors que les chercheurs ont voulu qu'ils rétrécissent particulièrement à 37-C - température corporelle - de sorte qu'ils serrent leurs teneurs dès qu'ils ont été injectés dans le fuselage. Hashmi a fonctionné avec Lauren Zarzar, Ph.D., un ancien étudiant de troisième cycle de MERS qui est maintenant un associé post-doctoral chez Massachusetts Institute of Technology, pour plus qu'une année, PNIPAAm de modification et contrôle des matériaux donnants droit. Éventuel, ils ont développé un polymère qui forme un gel qui respecte les tissus avec deux propriétés principales : les cellules s'en tiennent à lui, et il comprime abruptement une fois réchauffé à la température corporelle.

Comme premier test, Hashmi a implanté des cellules mésenchymateuses dans le gel et les a réchauffées dans le laboratoire. Assez Sure, quand la température a atteint 37-C, le gel a rétréci dans un délai de 15 mn, faisant arrondir les cellules à l'intérieur du gel, rétrécissement, et bourre fortement ensemble.

« La raison qui est frais est que les cellules sont vivantes, » Hashmi a dit. « Habituellement quand ceci se produit, les cellules sont mortes ou mourantes. »

Étaient non seulement elles vivantes -- elles ont activé trois gènes qui pilotent la formation de dent.

Pour voir si le gel craintif fonctionnait également sa magie dans le fuselage, Hashmi a fonctionné avec Mammoto pour charger des cellules mésenchymateuses dans le gel, puis implante le gel sous la capsule de rein de souris - un tissu qui est bien fourni avec du sang et employé souvent pour des expériences de greffe.

Les cellules implantées ont non seulement exprimé des gènes de dent-développement - elles ont fixé le calcium et des minerais, juste comme les cellules mésenchymateuses font dans le fuselage pendant qu'elles commencent à former des dents.

« Elles étaient en mode de dent-développement de plein-commande de puissance, » Hashmi a dit.

Dans l'embryon, les cellules mésenchymateuses ne peuvent pas établir seules des dents - elles doivent être combinées avec les cellules qui forment l'épithélium. À l'avenir, les scientifiques planification pour vérifier si le gel craintif peut stimuler les deux tissus pour produire d'une dent fonctionnelle entière.