211service.com
Mikrotråde hjælper med at dyrke nye muskler
Forskere har repareret store muskelsår hos mus ved at dyrke og implantere mikrotråde belagt med menneskelige muskelceller. Mikrotrådene - lavet af det samme materiale, der udløser dannelsen af blodpropper - ser ud til at hjælpe cellerne med at vokse i den rigtige orientering, hvilket er afgørende for genopbygningen af arbejdende muskelvæv.
Reparation af muskel: Hårtynde tråde som dem, der er vist her, blev sået med muskelceller og implanteret i sår for at hjælpe med at helbrede musklen.
Vi antager, at celler migrerer langs disse stilladser, der fungerer som en ledning, siger George Pins , lektor i bioteknik ved Worcester Polytechnic Institute. Pins udviklede mikrotrådsteknologien. De implanterede celler integreres hurtigt i den eksisterende muskel og reducerer dannelsen af arvæv. Cellerne vokser ind i det rum, hvor muskler plejede at være, men de vokser på en guidet måde.
I øjeblikket er der ikke meget læger kan gøre, når nogen lider massiv skade på en muskel, såsom i en bilulykke eller en eksplosion. Tykke bånd af arvæv kan dannes i såret, hvilket efterlader musklen alvorligt og permanent svækket.
Forskere udvikler adskillige tilgange til at skabe erstatningsmuskler, herunder dyrkning af pletter af celler i en skål, indsprøjtning af stamceller i beskadigede muskler og implantering af cellefrøede stilladser designet til at efterligne naturligt væv. Mens alle disse bestræbelser viser lovende for visse applikationer, har en af de største udfordringer været at dyrke nok celler i den korrekte struktur til at hele store muskelsår.
Muskeltilpasning er meget vigtig, siger Kevin Kit Parker , en bioingeniør ved Harvard University, som ikke var involveret i forskningen. Du vil have, at sarkomererne [den grundlæggende funktionelle enhed af muskler] skal justeres, det er sådan, du får muskelsammentrækninger.
Pins og hans samarbejdspartnere, herunder Ray Page , en assisterende professor ved WPI's Bioengineering Institute, sigter mod at løse dette problem ved at dyrke celler langs mikrotråde. Disse hårtynde tråde er lavet af fibrin, en proteinpolymer, som kroppen bruger til at starte sårheling, og en almindelig ingrediens i vævsteknologi. For at lave mikrotrådene ekstruderer forskerne samtidigt fibrinogen, byggestenen i fibrin, og thrombin, et enzym, der katalyserer de opløselige fibrinogenproteiner til en polymer, fra to små rør. (Mikrotråde bliver også undersøgt til andre applikationer, såsom voksende pletter af hjertemuskel for at reparere skader efter hjerteanfald.)
Trådene blev podet med humane muskelceller afledt af væv kasseret under operationen. Før såningen dyrkede Pages team cellerne under forhold, der skubbede dem til at de-differentiere - eller til at blive mere unge, mindre specialiserede celler - hvilket igen gjorde dem bedre i stand til at regenerere.
For at teste teknologien i mus skærer forskere omkring 30 procent af dyrenes tibialis anterior-muskel ud, som ligger forrest på underbenet. De implanterede derefter celle-frøede mikrotråde i såret. (Trådens diameter, omkring 50 til 100 mikron, er fem til 10 gange størrelsen af cellerne.)
Forskere mener, at fibrin-stilladset sender signalsignaler, der efterligner naturlig sårheling, binder til vækstfaktorer og andre molekyler, der findes i blodpropper. Det tiltrækker også et enzym, der nedbryder fibrinet og frigiver fibrinogenproteiner, der signalerer de omgivende celler til at migrere ind og dyrke nyt væv, siger Pins.
Cellerne så ud til at integrere sig i værtsvævet på blot et par dage. Efter en uge begyndte mikrotrådene at nedbrydes, og forskerne så, at muskelfibre var vokset ind i det efterladte område. Efter 10 uger var sårbunden fuld af menneskelige celler, som lignede modne muskelfibre. Page præsenterede forskningen på en bioingeniør symposium hos WPI tidligere på måneden.
Forskerne forsøger nu at afgøre, om det nye væv opfører sig som normale muskler. Tidlige beviser tyder på, at implantaterne også ansporede væksten af native muskelceller, selvom Page siger, at de stadig mangler at bekræfte dette.
Derudover havde mus implanteret med mikrotråde meget mindre arvæv end dyr, der blev efterladt til at hele på egen hånd. Mikrotrådene reducerede dramatisk mængden af kollagen [hovedkomponenten i arvæv] aflejret i sårområdet, siger Page. I stedet for kollagen ser vi en masse [velorganiseret] muskelvæv.
Page siger, at mens andre forskere har været i stand til at reparere muskler til en vis grad, helede WPI-teknologien et meget større skadeområde end tidligere forskning. Dette kan skyldes, at mikrotrådene hjælper med at løse en af de store udfordringer i at dyrke større dele af nyt væv – at trække en tilstrækkelig forsyning af blod, der er afgørende for celleoverlevelse. En af grundene til, at vi ønskede at undersøge mikrotråde, var, at vi følte, at det at have plads mellem trådene ville give plads til, at vaskulatur dannes og muskelceller til at vokse, siger Page.
Harvard's Parker, som vokser hjertemuskler ved hjælp af endnu mindre fibre, er enig og tilføjer, at få mennesker i vævsteknik tager denne tilgang. Hvis jeg putter en solid luns kød derind, vil centret blive hypoksisk [eller iltsultet], siger Parker. Hvis jeg efterlader plads mellem cellerne, er det nemmere at rekruttere lokale blodkar.