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Le « os neuf dans une assiette » a pu aider à explorer des procédés principaux de la maladie

Les chercheurs en Orégon ont conçu un matériau qui reproduit le tissu osseux humain avec un niveau sans précédent de précision, de sa structure cristalline microscopique à son activité biologique. Ils l'emploient pour explorer des procédés principaux de la maladie, tels que l'origine des tumeurs métastatiques dans l'os, et comme demande de règlement pour de grandes blessures d'os.

« Essentiellement c'est un os miniaturisé dans une assiette que nous pouvons produire dans une question de 72 heures ou de moins, » dit le technicien biomédical Luiz Bertassoni, D.D.S., Ph.D., un professeur adjoint à l'école de médecine dentaire d'OHSU et un membre du CÈDRE, le centre de recherche avancé par dépistage précoce de cancer dans l'institut de cancer de chevalier d'OHSU.

Comme l'os réel, le matériau a une structure 3D minérale peuplée avec des cellules d'os, les cellules nerveuses et les cellules endothéliales qui auto-dispensent en vaisseaux sanguins de fonctionnement.

Ce qui est remarquable est que les chercheurs dans notre domaine sont devenus utilisés à cultiver des cellules dans un mélange de protéine pour rapprocher comment les cellules vivent dans le fuselage. Mais c'est la première fois n'importe qui a pu inclure des cellules en minerais, qui est ce qui caractérise le tissu osseux. »

Luiz Bertassoni, D.D.S., Ph.D., professeur adjoint, école de médecine dentaire d'OHSU

Et c'est ce qui effectue la promesse matérielle neuve car un modèle pour étudier le fonctionnement, les maladies, et la régénération osseuse d'os. « Par ce système modèle, vous pouvez commencer à poser des questions sur la façon dont les cellules d'os attirent différents types de cancers, comment les cellules cancéreuses entrent dans l'os, comment l'os participe au règlement du fonctionnement de moelle /courgette, » dit Bertassoni.

« Il peut même être approprié de disséquer les mécanismes qui mènent aux maladies telles que la leucémie. » Bertassoni publié les résultats dans les transmissions de nature de tourillon avec le chercheur post-doctoral Greeshma Nair, Ph.D., étudiant au doctorat Avathamsa Athirasala, M.Sc.Eng., et d'autres co-auteurs.

« Pouvoir concevoir les tissus véritablement comme un os dans le laboratoire peut également être transformatif pour le médicament régénérateur, » Bertassoni dit, « puisque le traitement actuel pour de grandes fractures osseuses exige le démontage du propre os sain du patient de sorte qu'il puisse être implanté au site des blessures. »

La recette s'engage par le mélange des cellules souche humaines dans une solution chargée avec du collagène, une protéine abondante dans la modification du tissu osseux. Les protéines de collagène joignent ensemble, formant un gel encastré avec les cellules souche. Les chercheurs noient alors le gel avec un mélange du calcium et du phosphate dissous, les minerais de l'os. Ils ajoutent un autre ingrédient principal, l'osteopontin de protéine dérivé du lait de vache, pour maintenir les minerais de former des cristaux trop rapidement. Cet additif, qui s'attache au calcium et au phosphate, réduit à un minimum également la toxicité des minerais aux cellules.

Le mélange diffuse par un réseau des glissières au sujet de la largeur d'un brin d'ADN dans le collagène de spongey, et le précipité dissous de minerais dans des couches ordonnées de cristaux.

« Nous pouvons reproduire l'architecture de l'os vers le bas à une écaille de nanomètre, » dit Bertassoni. « Notre modèle passe par le même procédé biophysique de la formation que l'os fait. »

Dans cet environnement calcifié, les cellules souche se développent en cellules d'os de fonctionnement, osteoblasts et des osteocytes sans ajout de toutes les autres molécules, comme si ils les ont connus étaient inclus dans une matrice osseuse réelle. Dans des jours, les cellules grandissantes serrent des protrusions minces par les espaces dans leurs environs minéralisés pour brancher et communiquer avec les cellules voisines. La structure conçue comme un os produit un micro-environnement qui est suffisant pour mettre en alerte des cellules souche qu'il est temps de mûrir dans des cellules d'os.

« C'est nature réalisant sa fonction, et il est beau, » Bertassoni dit. « Ainsi, nous sommes allés plus loin et avons décidé de l'essayer avec le réseau vasculaire et l'innervation d'os aussi bien. »

Les cellules nerveuses ajoutées au mélange formé ont interconnecté les réseaux qui ont persisté après minéralisation. Les cellules endothéliales, de même, ont formé des réseaux des tubes qui sont restés ouverts après minéralisation.

Pour vérifier l'utilité du matériau comme modèle de la maladie, les chercheurs ont implanté leur os conçu sous la peau des souris de laboratoire. Après quelques jours, les vaisseaux sanguins laboratoire-effectués avaient branché au réseau vasculaire dans les fuselages de souris. Quand les chercheurs ont injecté des cellules de cancer de la prostate tout près, ils ont constaté que la croissance tumorale était trois fois plus haut dans les éléments minéralisés donnés d'os de souris que dans ceux avec les contrôles non-minéralisés.

L'équipe maintenant conçoit des versions avec des cellules de moelle /courgette s'élevant dans un entourage de l'os artificiel pour l'usage comme modèle d'étudier l'amorçage et le développement des cancers de sang comprenant les types de leucémie variés. En outre, ils ont vérifié le matériau comme un os conçu comme remontage pour l'os blessé dans des modèles animaux - avec les résultats positifs qu'ils comptent enregistrer dans un avenir proche.