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Il nuovo materiale bioinspired del gel ha potuto contribuire a riparare i denti e l'osso nocivi

Un bit di pressione da un nuovo restringimento, gel del tipo di spugna è tutto che catturi per trasformare le celle non specializzate trapiantate nelle celle che indicano i minerali e cominciano a formare i denti.

Il materiale bioinspired del gel potrebbe la riparazione di guida giorna o sostituire ha danneggiato gli organi, quali i denti e l'osso e possibilmente altri organi pure, gli scienziati dall'istituto di Wyss per assistenza tecnica biologicamente ispirata alla Harvard University, il banco di Harvard di assistenza tecnica e di scienze applicate (MARI) ed il rapporto dell'ospedale pediatrico di Boston recentemente in materiali avanzati.

“Gli ingegneri del tessuto lungamente hanno sollevato l'idea di usando i materiali sintetici per imitare la potenza induttiva dell'embrione,„ ha detto Don Ingber, M.D., Ph.D., fondante Direttore dell'istituto di Wyss, professore di Judah Folkman di biologia vascolare alla facoltà di medicina di Harvard, professore della bioingegneria in mare e l'autore senior dello studio. “Siamo eccitati circa questo lavoro perché indica che realmente è possibile.„

I tessuti embrionali hanno la potenza guidare le celle ed i tessuti per specializzare e formare gli organi. Per fare quella, impiegano le biomolecole chiamate fattori di crescita per stimolare la crescita; prodotti chimici d'attivazione che inducono le celle a specializzarsi e forze meccaniche che modulano le risposte delle cellule a questi altri fattori.

Ma finora gli ingegneri del tessuto che vogliono sviluppare gli organi in laboratorio hanno impiegato soltanto due delle tre strategie - fattori di crescita e prodotti chimici d'attivazione. Forse di conseguenza, ancora non sono riuscito a produrre i tessuti tridimensionali complessi.

Alcuni anni fa, Ingber e Tadanori Mammoto, M.D., il Ph.D., istruttore in chirurgia all'ospedale pediatrico di Boston e facoltà di medicina di Harvard, hanno studiato un trattamento chiamato condensazione mesenchymal che gli embrioni usano per cominciare formare vari organi, compreso i denti, la cartilagine, l'osso, il muscolo, il tendine ed il rene.

Nella condensazione mesenchymal, due livelli di tessuto adiacenti - celle senza bloccare imballate del connettivo-tessuto ha chiamato il mesenchyme ed il tessuto sottile lamiera ha chiamato un epitelio che coperchi - scambiano i segnali biochimici. Questo scambio induce le celle mesenchymal a schiacciarsi strettamente in un piccolo nodo direttamente sotto dove il nuovo organo si formerà.

Esaminando i tessuti isolati dalle mascelle dei mouse embrionali, Mammoto e Ingber hanno indicato che quando le celle mesenchymal compresse accendono i geni che li stimolano per generare gli interi denti composti di tessuti mineralizzati, compreso la dentina e lo smalto.

Ispirato da questi meccanismo di induzione, Ingber e Basma embrionali Hashmi, un candidato di Ph.D. in mare che è l'autore principale del documento corrente, precisati per sviluppare un modo costruire le protesi dentarie creando ad un materiale adatto a tessuto che compire lo stesso scopo. Specificamente, hanno voluto un gel del tipo di spugna poroso che potrebbe essere impregnato di celle mesenchymal, quindi, una volta impiantato nell'organismo, essere indotto per restringersi in 3D per comprimere fisicamente le celle.

Per sviluppare un tal materiale, Ingber e Hashmi hanno collaborato con i ricercatori piombo da Joanna Aizenberg, il Ph.D., un docente di memoria dell'istituto di Wyss che piombo la piattaforma adattabile delle tecnologie dei materiali dell'istituto. Aizenberg è il professore di Amy Smith Berylson di scienza dei materiali in mare e professore di chimica e di biologia del prodotto chimico alla Harvard University.

Chimicamente hanno modificato un polimero gelificante speciale chiamato PNIPAAm che gli scienziati hanno usato per consegnare le droghe ai tessuti dell'organismo. I gel di PNIPAAm hanno i beni insoliti: si contraggono bruscamente quando riscaldano.

Ma fanno questo ad una temperatura tiepida, mentre i ricercatori li hanno voluti restringersi specificamente a 37-C - temperatura corporea - in modo che abbiano schiacciato i loro contenuti non appena sono stati iniettati nell'organismo. Hashmi ha funzionato con Lauren Zarzar, Ph.D., un ex dottorando dei MARI che ora è un socio postdottorale a Massachusetts Institute of Technology, per più di un anno, PNIPAAm di modificazione e verificare i materiali risultanti. Infine, hanno sviluppato un polimero che forma ad un gel adatto a tessuto con due beni chiave: le celle attaccano a e comprime bruscamente una volta riscaldato alla temperatura corporea.

Come prova iniziale, Hashmi ha impiantato le celle mesenchymal nel gel e la ha riscaldate in laboratorio. Abbastanza sicuro, quando la temperatura ha raggiunto 37-C, il gel si è restretto in 15 minuti, inducenti le celle dentro il gel per arrotondar per eccessoe, restringersi ed imballare strettamente insieme.

“La ragione per cui è fresco è che le celle sono vive,„ Hashmi ha detto. “Solitamente quando questa accade, le celle sono morte o morenti.„

Non solo erano vive -- hanno attivato tre geni che determinano la formazione del dente.

Per vedere se il gel restringente egualmente funzionasse la sua magia nell'organismo, Hashmi ha funzionato con Mammoto per caricare le celle mesenchymal nel gel, quindi impianta il gel sotto la capsula del rene del mouse - un tessuto che è fornito bene con sangue ed usato spesso per gli esperimenti di trapianto.

Le celle impiantate non solo hanno espresso i geni di sviluppo dentale - hanno indicato il calcio ed i minerali, appena come le celle mesenchymal fanno nell'organismo mentre cominciano a formare i denti.

“Erano nel modo a tutto gas di sviluppo dentale,„ Hashmi ha detto.

Nell'embrione, le celle mesenchymal non possono costruire i denti da solo - devono combinarsi con le celle che formano l'epitelio. In futuro, gli scienziati pianificazione provare se il gel restringente può stimolare entrambi i tessuti per generare un intero dente funzionale.