Attenzione: questa pagina è una traduzione automatica di questa pagina originariamente in lingua inglese. Si prega di notare in quanto le traduzioni sono generate da macchine, non tutte le traduzioni saranno perfetti. Questo sito web e le sue pagine web sono destinati ad essere letto in inglese. Ogni traduzione del sito e le sue pagine web possono essere imprecise e inesatte, in tutto o in parte. Questa traduzione è fornita per comodità.

I Web serici dei ragni possono tenere i segreti a riparare i nostri scheletri

Alcuni segreti a riparare i nostri scheletri hanno potuto essere trovati nei Web serici dei ragni, secondo gli esperimenti recenti guida dai supercomputer. Gli scienziati coinvolgere dicono che i loro risultati contribuiranno a capire i dettagli del osteoregeneration, o come le ossa si riparano.

Lo studio recentemente pubblicato ha trovato che i geni potrebbero essere attivati in cellule staminali umane che biomineralization iniziato, un punto chiave nella formazione dell'osso. Gli scienziati hanno raggiunto questi risultati con seta costruita derivata dalla gru a cingoli delle ragnatele dorate del tessitore del globo, che hanno combinato con la silice. Lo studio, pubblicato nel settembre 2017 nel giornale ha avanzato i materiali funzionali, era il risultato di uno sforzo combinato da tre istituzioni: Tufts University, Massachusetts Institute of Technology e Nottingham Trent University.

Gli autori di studio hanno usato la fuga precipitosa dei supercomputer al centro di supercomputing avanzato il Texas (TACC) all'università del Texas ad Austin ed alla cometa al centro del supercomputer di San Diego (SDSC) all'università di California San Diego con un'allocazione da XSEDE, dalla scienza estrema e dall'ambiente di scoperta di assistenza tecnica che è costituito un fondo per dal National Science Foundation (NSF). I supercomputer hanno aiutato il modello degli scienziati come il ricevitore della proteina della membrana cellulare ha chiamato i popolare di integrin ed attiva le vie intracellulari che piombo per disossare la formazione. La ricerca aiuterà i più grandi sforzi per trattare le malattie della crescita dell'osso quali osteoporosi o la malattia calcificante della valvola aortica.

“Questo lavoro dimostra un legame diretto fra ai i biomateriali basati a seta e le vie intracellulari che piombo all'osteogenesi,„ ha detto il co-author Zaira Martín-Moldes, uno studioso postdottorale di studio al laboratorio di Kaplan alla Tufts University che ricerca lo sviluppo di nuovi biomateriali basati su seta. “Il materiale ibrido ha promosso la differenziazione delle cellule staminali mesenchymal umane, le celle del progenitore dal midollo osseo, ai osteoblasts come indicatore di osteogenesi, o di formazione del tipo di osso del tessuto.„

La seta è stata indicata per essere un'impalcatura adatta per rigenerazione del tessuto, dovuto i sui beni meccanici eccezionali, Martín-Moldes ha spiegato. È biodegradabile. È biocompatibile. Ed è fine-musicale con le modifiche della bioingegneria. Il gruppo sperimentale alla Tufts University ha modificato la sequenza genetica di seta dai ragni dorati del tessitore del globo (clavipes di Nephila) ed ha fuso il peptide dipromozione R5 derivato da un gene del silaffin di fusiformis di Cylindrotheca della diatomea.

Lo studio di formazione dell'osso ha mirato al biomineralization, un trattamento critico nella biologia dei materiali. “Ameremmo generare un modello che ci aiuta a predire e modulare queste risposte sia in termini di impedire la mineralizzazione che anche a promuoverlo,„ Martín-Moldes abbiamo detto.

“Le simulazioni ad alto rendimento di supercomputing sono utilizzate con gli approcci sperimentali per sviluppare un modello per l'attivazione di integrin, che è il primo punto nel trattamento di formazione dell'osso,„ hanno detto il co-author Davoud Ebrahimi, un socio postdottorale di studio al laboratorio per la meccanica atomistica e molecolare di Massachusetts Institute of Technology.

Integrin si incassa nella membrana cellulare e media i segnali fra l'interno e l'esterno delle celle. Nel suo stato sospeso, l'unità capa che attacca dalla membrana si china come una traversina di cenno del capo. Questo stato inattivo impedisce l'aderenza cellulare. Nel suo stato attivato, l'unità capa raddrizza fuori ed è disponibile per l'associazione chimica alla sua regione esposta del legante.

“Campionare gli stati differenti della conformazione dei integrins in contatto con le superfici silicified o non-silicified potrebbe predire l'attivazione della via,„ ha detto Ebrahimi. Il campionamento della piegatura delle proteine rimane classicamente informaticamente un problema costoso, malgrado gli sforzi recenti e grandi nello sviluppare i nuovi algoritmi.

La chimera che derivata della seta-silice hanno studiato pesato dentro intorno all'i 40 kilodaltons vigorosi. “In questa ricerca, che cosa per abbiamo diminuito i costi di calcolo, abbiamo modellato soltanto la testiera della proteina, che sta ottenendo in contatto con la superficie che stiamo modellando,„ Ebrahimi abbiamo detto. “Ma ancora, è un grande sistema da simulare e non può essere fatto su un sistema ordinario o sui computer comuni.„

Il gruppo di calcolo al MIT ha usato il pacchetto di dinamica molecolare chiamato Gromacs, un software per simulazione chimica disponibile sia sui supercomputer della cometa che di fuga precipitosa. “Potremmo realizzare quelle grandi simulazioni avendo accesso a questi cluster di calcolo di XSEDE,„ ha detto Ebrahimi.

Il calcolo combinato con la sperimentazione ha aiutato il lavoro di avanzamento nello sviluppare un modello del osteoregeneration. “Proponiamo un meccanismo nel nostro lavoro che comincia con la superficie della silice-seta che attiva un ricevitore specifico della proteina della membrana cellulare, in questo caso integrin αVβ3,„ ha detto Martín-Moldes, aggiungente che questa attivazione avvia una cascata nella cella con tre vie mitogene-attivate di kinsase (MAPK) della proteina, quello principale che è la cascata della chinasi del N-terminale di c-Giugno (JNK).

Altri fattori egualmente sono compresi in questo trattamento quale Runx2, il fattore di trascrizione principale relativo ad osteogenesi. Secondo lo studio, il sistema di controllo non ha mostrato alcuna risposta e nessuni hanno fatto il bloccaggio del integrin facendo uso di un anticorpo, confermante la sua partecipazione a questo trattamento. “Un altro risultato importante era la correlazione fra la quantità di silice depositata nella pellicola ed il livello di induzione dei geni che abbiamo analizzato,„ ha detto Martín-Moldes. “Questi fattori egualmente forniscono una funzionalità importante per gestire nella progettazione materiale futura per i biomateriali diformazione.„

I ricercatori stanno sviluppando una via per generare i biomateriali che potrebbero essere usati in futuro, con la mineralizzazione che è un trattamento critico. L'obiettivo finale è di sviluppare i modelli che progettazione di guida i biomateriali per ottimizzare il trattamento di rigenerazione dell'osso, quando l'osso è richiesto per rigenerarlo o minimizzare quando dobbiamo diminuire la formazione dell'osso.

Questi risultati aiutano l'avanzamento la ricerca e sono utili nei più grandi sforzi per contribuire a fare maturare e trattare le malattie dell'osso. “Potremmo aiutare nella maturazione della malattia relativa a formazione dell'osso, quale la malattia calcificante della valvola aortica o l'osteoporosi, di che abbiamo bisogno per conoscere la via per regolare il livello dell'osso formato, allo diminuisce o aumenta,„ Ebrahimi ha detto.