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La nueva plataforma puede ayudar a tratar enfermedades neurodegenerative a través de remedio regenerador

Imagínese si los cirujanos podrían trasplantar las neuronas sanas en los pacientes que vivían con enfermedades o daños neurodegenerative del cerebro y de la médula espinal. E imagínese si podrían “crecer” estas neuronas en el laboratorio de las propias células de un paciente usando un sintético, el material altamente bioactivo que es conveniente para la impresión 3D.

Descubriendo un nuevo biomaterial imprimible que pueda imitar propiedades del tejido cerebral, los investigadores de la Universidad Northwestern ahora están más cercano a desarrollar una plataforma capaz de tratar estas condiciones usando remedio regenerador.

Un ingrediente dominante al descubrimiento es la capacidad de controlar los procesos del uno mismo-montaje de moléculas dentro del material, permitiendo a los investigadores modificar la estructura y las funciones de los sistemas del nanoscale a la escala de características visibles.

El laboratorio de Samuel I. Stupp publicó un papel 2018 en la ciencia del gorrón que mostró que los materiales se pueden diseñar con las moléculas altamente dinámicas programadas emigrar sobre distancias largas y uno mismo-ordenar para formar más grande, “superstructured” manojos de nanofibers.

Ahora, un grupo de investigación llevado por Stupp ha demostrado que estas superestructuras pueden aumentar el incremento de la neurona, el encontrar importante que podría tener implicaciones para las estrategias del trasplante de la célula para las enfermedades neurodegenerative tales como Parkinson y enfermedad de Alzheimer, así como daño de la médula espinal.

Éste es el primer ejemplo donde hemos estado capaces de tomarnos al fenómeno molecular de la modificación denunciamos en 2018 y lo aprovechamos para un uso en remedio regenerador. Podemos también utilizar construcciones del nuevo biomaterial para ayudar a descubrir terapias y a entender las patologías.

Samuel I. Stupp, autor importante y director, instituto del noroeste del estudio de Simpson Querrey

Un pionero del uno mismo-montaje supramolecular, Stupp es también la tabla del profesor de los administradores de la ciencia y la ingeniería material, química, remedio e ingeniería biomédica y lleva a cabo citas en la universidad de Weinberg de artes y de ciencias, la escuela de McCormick de la ingeniería y la Facultad de Medicina de Feinberg.

El papel fue publicado hoy (22 de febrero) en la ciencia avance gorrón.

Moléculas que recorren e impresión 3D

El nuevo material es creado mezclando dos líquidos que lleguen a ser rápidamente rígidos como resultado de las acciones recíprocas sabidas en química como complejos de la ordenador principal-huésped que las acciones recíprocas del pestillo de seguridad del imitador entre las proteínas, y también como resultado de la concentración de estas acciones recíprocas en regiones de la micrón-escala con una migración larga de la escala de “moléculas que recorren.”

Las moléculas ágiles revisten los millares de épocas más grandes que ellos mismos de una distancia para congregar juntas en las superestructuras grandes. En la escala microscópica, esta migración causa una transformación en estructura de qué parece un trozo crudo de los tallarines de ramen en manojos ropelike.

Los “biomateriales típicos usados en remedio como hidrogeles del polímero no tienen las capacidades para permitir que las moléculas uno mismo-monten y moverse alrededor dentro de estos montajes,” dijo a Tristan Clemons, socio de investigación en el laboratorio de Stupp y co-primer autor del papel con Alexandra Edelbrock, estudiante de tercer ciclo anterior en el grupo. “Este fenómeno es único a los sistemas que hemos desarrollado aquí.”

Además, como las moléculas dinámicas se mueven a las superestructuras de la forma, los poros grandes se abren que permiten que las células penetren y que obren recíprocamente con las señales bioactivas que pueden ser integradas en los biomateriales.

Interesante, las fuerzas mecánicas de la impresión 3D rompen las acciones recíprocas de la ordenador principal-huésped en las superestructuras y hacen el material fluir, pero puede solidificar rápidamente en cualquier forma macroscópica porque las acciones recíprocas son restablecidas espontáneamente por el uno mismo-montaje. Esto también habilita la impresión 3D de estructuras con las capas distintas que abrigan diversos tipos de células de los nervios para estudiar sus acciones recíprocas.

Transmisión de señales de incremento neuronal

La superestructura y las propiedades bioactivas del material podían tener implicaciones extensas para la regeneración del tejido. Las neuronas son estimuladas por una proteína en el sistema nervioso central conocido como factor neurotrophic cerebro-derivado (BDNF), que ayuda a las neuronas a sobrevivir ascendiendo conexiones sinápticas y permitiendo que las neuronas sean más plásticas. BDNF podría ser una terapia valiosa para los pacientes con enfermedades y daños neurodegenerative en la médula espinal pero estas proteínas degradan rápidamente en la carrocería y son costosas producir.

Una de las moléculas en el nuevo material integra a un imitador de esta proteína que active su receptor conocido como Trkb, y las personas encontraron que las neuronas penetran los poros grandes y pueblan activamente el nuevo biomaterial cuando la señal mimética está presente. Esto podría también crear un ambiente en el cual las neuronas distinguieron de las células madres paciente-derivadas maduras antes del trasplante.

Ahora que las personas han aplicado una prueba del concepto a las neuronas, Stupp cree que él podría ahora romperse en otras áreas del remedio regenerador aplicando diversas series químicas al material. Los cambios químicos simples en los biomateriales permitirían que ofrecieran las señales para una amplia gama de tejidos.

El “tejido del cartílago y del corazón es muy difícil de regenerar después de ataques del daño o del corazón, y la plataforma se podría utilizar para preparar estos tejidos in vitro de las células paciente-derivadas,” Stupp dijo. “Estos tejidos se podían entonces trasplantar para ayudar a restablecer funciones perdidas. Más allá de estas intervenciones, los materiales se podrían utilizar para construir organoids para descubrir terapias o aún implantar directamente en los tejidos para la regeneración puesto que son biodegradables.”

El trabajo fue soportado por el centro para Nanomedicine regenerador en el instituto del noroeste de Simpson Querrey, becas graduadas de la investigación a través del National Science Foundation y una beca australiana americana de la asociación.

El papel se titula los “biomateriales de Superstructured formados por dinámica de la cantina y acciones recíprocas de la Ordenador principal-Huésped en polímeros supramoleculares.”

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.