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O “osso novo em um prato” podia ajudar a explorar processos fundamentais da doença

Os pesquisadores em Oregon projectaram um material que replicates o tecido humano do osso com um nível inaudito de precisão, de sua estrutura de cristal microscópica a sua actividade biológica. Estão usando-a para explorar processos fundamentais da doença, tais como a origem de tumores metastáticos no osso, e como um tratamento para os grandes ferimentos do osso.

“Essencialmente é um osso miniaturizado em um prato que nós possamos produzir em uma matéria de 72 horas ou de menos,” diz o coordenador biomedicável Luiz Bertassoni, D.D.S., Ph.D., um professor adjunto na escola de OHSU de odontologia e um membro do CEDRO, o centro de pesquisa avançado detecção atempada do cancro no instituto do cancro do cavaleiro de OHSU.

Como o osso real, o material tem uma estrutura 3D mineral povoada com pilhas de osso, pilhas de nervo e pilhas endothelial que auto-organizam em vasos sanguíneos de funcionamento.

O que é notável é que os pesquisadores em nosso campo se tornaram usados a cultivar pilhas dentro de uma mistura da proteína para se aproximar como as pilhas vivem no corpo. Mas este é qualquer um tem podido a primeira vez encaixar pilhas nos minerais, que é o que caracteriza o tecido do osso.”

Luiz Bertassoni, D.D.S., Ph.D., professor adjunto, escola de OHSU da odontologia

E aquele é o que faz a promessa material nova porque um modelo estudar a função do osso, as doenças, e a regeneração do osso. “Com este sistema modelo, você pode começar fazer perguntas sobre como as pilhas de osso atraem tipos diferentes de cancros, como as células cancerosas se movem no osso, como o osso participa no regulamento da função da abóbora,” dizem Bertassoni.

“Pode mesmo ser relevante dissecar os mecanismos que estão conduzindo às doenças tais como a leucemia.” Bertassoni publicou os resultados nas comunicações da natureza do jornal com o pesquisador pos-doctoral Greeshma Nair, Ph.D., estudante doutoral Avathamsa Athirasala, M.Sc.Eng., e outros co-autores.

“Poder projectar verdadeiramente osso-como tecidos no laboratório pode igualmente ser transformativo para a medicina regenerativa,” Bertassoni diz, “desde que o tratamento actual para grandes fracturas de osso exige a remoção de próprio osso saudável do paciente de modo que possa ser implantado no local de ferimento.”

A receita começa com a mistura de células estaminais humanas em uma solução carregada com o colagénio, uma proteína abundante na matriz do tecido do osso. As proteínas do colagénio ligam junto, formando um gel encaixado com as células estaminais. Os pesquisadores inundam então o gel com uma mistura do cálcio e do fosfato dissolvidos, os minerais do osso. Adicionam um outro ingrediente chave, o osteopontin da proteína derivado do leite de vaca, para manter os minerais de formar cristais demasiado rapidamente. Este aditivo, que se adere ao cálcio e ao fosfato, igualmente minimiza a toxicidade dos minerais às pilhas.

A mistura difunde através de uma rede dos canais sobre a largura de uma costa do ADN no colagénio do spongey, e dos minerais dissolvidos precipitados em camadas em ordem de cristais.

“Nós podemos reproduzir a arquitetura do osso para baixo a uma escala do nanômetro,” diz Bertassoni. “Nosso modelo atravessa o mesmo processo biofísico de formação que o osso faz.”

Neste ambiente calcificado, as células estaminais tornam-se pilhas de osso de funcionamento, osteoblasts e os osteocytes sem a adição de todas as outras moléculas, como se os conheceram eram encaixados em uma matriz real do osso. Dentro dos dias, as pilhas crescentes espremem saliências delgadas através dos espaços em seus arredores mineralizados para conectar e comunicar-se com as pilhas vizinhas. Osso-como a estrutura projetada cria um microambiente que seja suficiente para cue células estaminais que é hora de se amadurecer em pilhas de osso.

“É natureza que faz seu trabalho, e é bonito,” Bertassoni diz. “Assim, nós fomos mais distante e decidimos tentá-lo também com o vasculature e a inervação do osso.”

As pilhas de nervo adicionadas à mistura formada interconectaram as redes que persistiram após a mineralização. As pilhas Endothelial, igualmente, formaram redes das câmaras de ar que permaneceram abertas após a mineralização.

Para testar a utilidade do material como um modelo da doença, os pesquisadores implantaram seu osso projetado abaixo da pele de ratos do laboratório. Após alguns dias, os vasos sanguíneos laboratório-feitos tinham conectado com o vasculature nos corpos do rato. Quando os pesquisadores injectaram pilhas de cancro da próstata próximo, encontraram que o crescimento do tumor era três vezes mais altamente nos ratos dados construções mineralizadas do osso do que naqueles com os controles não-mineralizados.

A equipe agora está projectando versões com as pilhas da abóbora que crescem dentro de um cerco do osso artificial para o uso como um modelo estudar a iniciação e a revelação dos cancros de sangue que incluem os vários formulários da leucemia. Também, testaram projetado osso-como o material porque uma substituição para o osso ferido nos modelos animais - com resultados positivos que esperam relatar em um futuro próximo.