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O material bioinspired novo do gel podia ajudar a reparar os dentes e o osso danificados

Um bit da pressão de um encolhimento novo, esponja-como o gel é tudo que toma para transformar pilhas unspecialized transplantadas nas pilhas que estabelecem minerais e começam a formar os dentes.

O material bioinspired do gel poderia reparo da ajuda dia ou substituir danificou órgãos, tais como os dentes e o osso, e possivelmente outros órgãos também, cientistas do instituto de Wyss para a engenharia biològica inspirada na Universidade de Harvard, escola de Harvard da engenharia e de ciências aplicadas (MARES), e relatório do hospital de crianças de Boston recentemente em materiais avançados.

Do “os coordenadores tecido têm levantado por muito tempo a ideia de usar materiais sintéticos para imitar a potência indutiva do embrião,” disse Don Ingber, M.D., Ph.D., fundando o director do instituto de Wyss, o professor de Judah Folkman da biologia vascular na Faculdade de Medicina de Harvard, o professor da tecnologia biológica em MARES, e o autor superior do estudo. “Nós somos entusiasmado sobre este trabalho porque mostra que é realmente possível.”

Os tecidos embrionários têm a potência conduzir pilhas e tecidos para especializar e formar órgãos. Para fazer aquele, empregam as biomoléculas chamadas factores de crescimento para estimular o crescimento; produtos químicos deactivação que fazem com que as pilhas se especializem, e forças mecânicas que modulam respostas da pilha a estes outros factores.

Mas os coordenadores do tecido que querem construir órgãos no laboratório têm empregado até agora somente dois das três estratégias - factores de crescimento e produtos químicos deactivação. Talvez em conseqüência, não sucederam ainda em produzir tecidos tridimensionais complexos.

Há alguns anos atrás, Ingber e Tadanori Mammoto, M.D., Ph.D., instrutor na cirurgia no hospital de crianças de Boston e Faculdade de Medicina de Harvard, investigaram um processo chamado a condensação mesenchymal que os embriões se usam para começar a formar uma variedade de órgãos, incluindo os dentes, a cartilagem, o osso, o músculo, o tendão, e o rim.

Na condensação mesenchymal, duas camadas de tecido adjacentes - pilhas frouxamente embaladas do tecido conjuntivo chamou o mesenchyme e folha-como o tecido chamou um epitélio que as tampas ele - trocam sinais bioquímicos. Esta troca faz com que as pilhas mesenchymal espremam-se firmemente em um nó pequeno directamente abaixo de onde o órgão novo formará.

Examinando os tecidos isolados das maxilas de ratos embrionários, Mammoto e Ingber mostraram que quando as pilhas mesenchymal comprimidas giram sobre os genes que os estimulam para gerar os dentes inteiros compor de tecidos mineralizados, incluindo a dentina e o esmalte.

Inspirado por estes mecanismo de indução, Ingber e Basma embrionários Hashmi, um candidato do Ph.D. nos MARES que seja o autor principal do papel actual, expor para desenvolver uma maneira de projectar os dentes artificiais criando um material tecido-amigável que realize o mesmo objetivo. Especificamente, quiseram um poroso esponja-como o gel que poderia ser impregnado com as pilhas mesenchymal, a seguir, quando implantado no corpo, ser induzido para encolher em 3D para comprimir fisicamente as pilhas dentro dele.

Para desenvolver tal material, Ingber e Hashmi teamed acima com os pesquisadores conduzidos por Joanna Aizenberg, Ph.D., um membro da faculdade do núcleo do instituto de Wyss que conduzisse a plataforma adaptável das tecnologias de materiais do instituto. Aizenberg é o professor de Amy Smith Berylson da ciência de materiais em MARES e professor da química e da biologia do produto químico na Universidade de Harvard.

Alteraram quimicamente um polímero deformação especial chamado PNIPAAm que os cientistas se usaram para entregar drogas aos tecidos do corpo. Os geles de PNIPAAm têm uma propriedade incomum: contratam abruptamente quando se aquecem.

Mas fazem este em uma temperatura morna, visto que os pesquisadores os quiseram encolher especificamente em 37-C - temperatura corporal - de modo que espremam seus índices assim que forem injectados no corpo. Hashmi trabalhou com Lauren Zarzar, Ph.D., um aluno diplomado anterior dos MARES que fosse agora um associado pos-doctoral em Massachusetts Institute of Technology, para mais do que um ano, PNIPAAm de alteração e teste dos materiais resultantes. Finalmente, desenvolveram um polímero que formasse um gel tecido-amigável com duas propriedades chaves: as pilhas colam-lhe, e comprime abruptamente quando aquecido à temperatura corporal.

Como um teste inicial, Hashmi implantou pilhas mesenchymal no gel e aqueceu-as no laboratório. Certo bastante, quando a temperatura alcançou 37-C, o gel encolheu dentro de 15 minutos, fazendo com que as pilhas dentro do gel arredondem-se acima, psiquiatra, e embala firmemente junto.

“A razão que está fresca é que as pilhas estão vivas,” Hashmi disse. “Geralmente quando esta acontece, as pilhas são inoperantes ou morrendo.”

Estavam não somente vivos -- activaram três genes que conduzem a formação do dente.

Para ver se o gel shrinking igualmente trabalhou sua mágica no corpo, Hashmi trabalhou com Mammoto para carregar pilhas mesenchymal no gel, a seguir implanta o gel abaixo da cápsula do rim do rato - um tecido que fosse fornecido bem com o sangue e usado frequentemente para experiências da transplantação.

Os genes expressados implantados da dente-revelação das pilhas não somente - estabeleceram o cálcio e os minerais, apenas como as pilhas mesenchymal fazem no corpo enquanto começam a formar os dentes.

“Reagiam do modo da dente-revelação do acelerador a fundo,” Hashmi disse.

No embrião, as pilhas mesenchymal não podem construir os dentes apenas - precisam de ser combinadas com as pilhas que formam o epitélio. No futuro, os cientistas planeiam testar se o gel shrinking pode estimular ambos os tecidos para gerar um dente funcional inteiro.