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La plate-forme neuve peut aider à traiter les maladies neurodegenerative par le médicament régénérateur

Imaginez si les chirurgiens pourraient transplanter les neurones sains dans des patients vivant avec les maladies neurodegenerative ou cerveau et lésions de la moelle épinière. Et imaginez s'ils pourraient « élever » ces neurones dans le laboratoire des propres cellules d'un patient utilisant un synthétique, le matériau hautement bioactif qui convient pour l'impression 3D.

En découvrant une matière biologique imprimable neuve qui peut imiter des propriétés de tissu cérébral, les chercheurs d'Université Northwestern sont maintenant plus près de développer une plate-forme capable de traiter ces conditions utilisant le médicament régénérateur.

Un ingrédient principal à la découverte est la capacité de régler les procédés en kit des molécules dans le matériau, permettant aux chercheurs de modifier la structure et les fonctionnements des systèmes du nanoscale selon l'écaille des caractéristiques visibles.

Le laboratoire de Samuel I. Stupp publié un papier 2018 en la Science de tourillon qui a prouvé que des matériaux peuvent être conçus avec les molécules hautement dynamiques programmées émigrer au-dessus des longues distances et auto-dispenser pour former plus grand, « superstructured » des paquets de nanofibers.

Maintenant, un organisme de recherche abouti par Stupp a expliqué que ces superstructures peuvent améliorer l'accroissement de neurone, une conclusion importante qui pourrait avoir des implications pour des stratégies de greffe de cellules pour les maladies neurodegenerative telles que Parkinson et maladie d'Alzheimer, ainsi que lésion de la moelle épinière.

C'est le premier cas où nous avons pu nous prendre au phénomène moléculaire du remaniement rapportés en 2018 et les armer pour une application en médicament régénérateur. Nous pouvons également employer des construire avec de la matière biologique neuve pour aider à découvrir des traitements et à comprendre des pathologies. »

Samuel I. Stupp, auteur important d'étude et directeur, institut du nord-ouest de Simpson Querrey

Un pionnier d'en kit supramoléculaire, Stupp est également le conseil de gestion le professeur des matériaux le scientifique et technique, la chimie, le médicament et le génie biomédical et retient des affectations à l'université de Weinberg des arts et des sciences, à l'école de McCormick du bureau d'études et à l'École de Médecine de Feinberg.

Le papier était aujourd'hui publié (22 février) en la Science avancée par tourillon.

Molécules de marche et impression 3D

Le matériau neuf est produit en mélangeant deux liquides qui deviennent rapidement rigides en raison des interactions connues en chimie comme composés d'hôte-invité que les interactions de verrou de sécurité d'imitateur parmi des protéines, et également suite à la concentration de ces interactions dans des régions de micron-écaille par un long transfert d'écaille « des molécules de marche. »

Les molécules agiles couvrent les milliers d'une distance de périodes plus grandes qu'eux-mêmes afin de se réunir ensemble dans de grandes superstructures. À l'écaille microscopique, ce transfert entraîne une transformation en structure de ce qui ressemble à une accumulation crue des nouilles de ramen dans les paquets ropelike.

« Les biomatériaux particuliers utilisés en médicament comme des hydrogels de polymère n'ont pas les capacités pour permettre à des molécules auto-de monter et déménager autour dans ces ensembles, » a dit Tristan Clemons, un associé de recherches dans le laboratoire de Stupp et le Co-premier auteur du papier avec Alexandra Edelbrock, un ancien étudiant de troisième cycle dans le groupe. « Ce phénomène est seul aux systèmes que nous avons développés ici. »

En outre, pendant que les molécules dynamiques déménagent aux superstructures de forme, les grands pores s'ouvrent qui permettent à des cellules de pénétrer et agir l'un sur l'autre avec les signes bioactifs qui peuvent être intégrés dans les biomatériaux.

Intéressant, les forces mécaniques de l'impression 3D perturbent les interactions d'hôte-invité dans les superstructures et font circuler le matériau, mais il peut rapidement solidifier dans n'importe quelle forme macroscopique parce que les interactions sont remises spontanément par en kit. Ceci active également l'impression 3D des structures avec les couches distinctes qui hébergent différents types de cellules neurales afin d'étudier leurs interactions.

Signalisation de l'accroissement neuronal

La superstructure et les propriétés bioactives du matériau ont pu avoir de vastes implications pour la régénération de tissu. Des neurones sont stimulés par une protéine dans le système nerveux central connu sous le nom de facteur neurotrophic cerveau-dérivé (BDNF), qui aide des neurones à survivre en introduisant les liens synaptiques et en permettant à des neurones d'être plus en plastique. BDNF pourrait être un traitement précieux pour des patients présentant les maladies et des blessures neurodegenerative dans la moelle épinière mais ces protéines dégradent rapidement dans le fuselage et sont chères de produire.

Une des molécules dans le matériau neuf intègre un imitateur de cette protéine qui active son récepteur connu sous le nom de Trkb, et l'équipe a constaté que les neurones activement pénètrent les grands pores et peuplent la matière biologique neuve quand le signe mimetic est présent. Ceci pourrait également produire un environnement dans lequel les neurones différenciés des cellules souche patient-dérivées mûrissent avant greffe.

Maintenant que l'équipe a appliqué une validation de principe aux neurones, Stupp croit qu'il pourrait maintenant pénétrer par effraction dans d'autres domaines de médicament régénérateur en s'appliquant différentes séquences chimiques au matériau. Les changements chimiques simples dans les biomatériaux leur permettraient de fournir des signes pour un large éventail de tissus.

« Il est très difficile régénérer cartilage et tissu cardiaque après des blessures ou des crises cardiaques, et la plate-forme pourrait être utilisée pour préparer ces tissus in vitro des cellules patient-dérivées, » Stupp a dit. « Ces tissus ont pu alors être transplantés pour aider à remettre des fonctionnements perdus. Au delà de ces interventions, les matériaux pourraient être employés pour établir des organoids pour découvrir des traitements ou même être directement implantés dans des tissus pour la régénération puisqu'ils sont biodégradables. »

Le travail a été supporté par le centre pour Nanomedicine régénérateur à l'institut du nord-ouest de Simpson Querrey, aux camaraderies licenciées de recherches par le National Science Foundation et à une camaraderie australienne américaine d'association.

Le papier est intitulé des « biomatériaux de Superstructured constitués par des interactions de dynamique et d'Hôte-Invité d'échange en polymères supramoléculaires. »

Source:
Journal reference:

Edelbrock, A. N., et al. (2021) Superstructured Biomaterials Formed by Exchange Dynamics and Host–Guest Interactions in Supramolecular Polymers. Advanced Science. doi.org/10.1002/advs.202004042.