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Il nuovo “osso in un piatto„ ha potuto contribuire ad esplorare i trattamenti fondamentali di malattia

I ricercatori nell'Oregon hanno costruito un materiale che ripiega il tessuto umano dell'osso con un livello senza precedenti di precisione, dal suo sistema cristallino microscopico alla sua attività biologica. Stanno usandola per esplorare i trattamenti fondamentali di malattia, quale l'origine dei tumori metastatici in osso e come trattamento per le grandi lesioni dell'osso.

“Essenzialmente è un osso miniaturizzato in un piatto che possiamo produrre in un aspetto di 72 ore o di di meno,„ dice l'ingegnere biomedico Luiz Bertassoni, D.D.S., Ph.D., un assistente universitario nel banco di OHSU dell'odontoiatria e un membro di CEDRO, il centro di ricerca avanzato di individuazione tempestiva del Cancro nell'istituto del Cancro del cavaliere di OHSU.

Come l'osso reale, il materiale ha una struttura minerale 3D popolata con le celle di osso, le cellule nervose e le celle endoteliali che auto-organizzano nei vasi sanguigni di funzionamento.

Che cosa è notevole è che i ricercatori nel nostro campo sono stato usati a coltivare le celle all'interno di una miscela della proteina per approssimarsi a come le celle vivono nell'organismo. Ma questo è la prima volta chiunque ha potuto includere le celle in minerali, che sia che cosa caratterizza il tessuto dell'osso.„

Luiz Bertassoni, D.D.S., Ph.D., assistente universitario, banco di OHSU di odontoiatria

E quello è che cosa fa il nuovo materiale che promette poichè un modello di studiare la funzione dell'osso, le malattie e la rigenerazione dell'osso. “Con questo sistema-modello, potete cominciare fare le domande riguardo a come le celle di osso attirano i tipi differenti di cancri, come le cellule tumorali entrano nell'osso, come l'osso partecipa al regolamento della funzione del midollo,„ dice Bertassoni.

“Può anche essere pertinente dividere i meccanismi che piombo alle malattie quale la leucemia.„ Bertassoni ha pubblicato i risultati nelle comunicazioni della natura del giornale con il ricercatore postdottorale Greeshma Nair, il Ph.D., lo studente di laurea Avathamsa Athirasala, M.Sc.Eng. ed altri co-author.

“Potere costruire i tessuti vero del tipo di osso in laboratorio può anche essere trasformatore per medicina a ricupero,„ Bertassoni dice, “poiché il trattamento corrente per le grandi fratture richiede la rimozione del proprio osso sano del paziente in moda da poterlo impiantare al sito della lesione.„

La ricetta comincia con la mescolanza delle cellule staminali umane in una soluzione caricata con il collageno, una proteina abbondante nella matrice del tessuto dell'osso. Le proteine del collageno si collegano insieme, formando un gel incassato con le cellule staminali. I ricercatori poi sommergono il gel da una miscela di calcio e di fosfato dissolti, i minerali dell'osso. Aggiungono un altro ingrediente chiave, il osteopontin della proteina derivato dal latte di mucca, per tenere i minerali dalla formazione dei cristalli troppo rapidamente. Questo additivo, che aderisce a calcio ed a fosfato, egualmente minimizza la tossicità dei minerali alle celle.

La miscela si diffonde attraverso una rete dei canali circa la larghezza di un filo di DNA nel collageno di spongey ed il precipitato dissolto dei minerali nei livelli ordinati di cristalli.

“Possiamo riprodurre l'architettura dell'osso giù ad un disgaggio di nanometro,„ dice Bertassoni. “Il nostro modello passa con lo stesso trattamento biofisico di formazione che l'osso fa.„

In questo ambiente calcificato, le cellule staminali si sviluppano nelle celle di osso di funzionamento, osteoblasts e i osteocytes senza l'aggiunta di tutte le altre molecole, come se li conoscessero stavano includendi in una matrice reale dell'osso. Nei giorni, le celle crescenti schiacciano le sporgenze snelle attraverso gli spazi nei loro dintorni mineralizzati per connettere e comunicare con le celle vicine. La struttura costruita del tipo di osso crea un microenvironment che è sufficiente per inserire le cellule staminali che è tempo di maturare nelle celle di osso.

“È natura che fa il suo processo ed è bello,„ Bertassoni dice. “Così, siamo andato più lontano ed abbiamo deciso di provarlo con il sistema vascolare e lo stimolo dell'osso pure.„

Le cellule nervose aggiunte alla miscela formata hanno collegato le reti che hanno persistito dopo mineralizzazione. Le celle endoteliali, inoltre, hanno formato le reti dei tubi che sono rimanere aperti dopo mineralizzazione.

Per verificare l'utilizzabilità del materiale come modello di malattia, i ricercatori hanno impiantato il loro osso costruito sotto l'interfaccia dei mouse del laboratorio. Dopo alcuni giorni, i vasi sanguigni laboratorio-fatti avevano connesso con il sistema vascolare negli organismi del mouse. Quando i ricercatori hanno iniettato le celle di carcinoma della prostata vicino, hanno trovato che la crescita del tumore era tre volte più su nei mouse dati le costruzioni mineralizzate dell'osso che in quelli con i comandi non mineralizzati.

Il gruppo ora sta costruendo le versioni con le celle del midollo che crescono all'interno di un circondare dell'osso artificiale per uso come modello studiare l'inizio e lo sviluppo dei cancri di sangue compreso i vari moduli della leucemia. Inoltre, hanno verificato il materiale del tipo di osso costruito poichè una sostituzione ad osso danneggiato nei modelli animali - con i risultati positivi che pensano riferire nell'immediato futuro.