„Knochen in eine Schale‘ öffnet in einem neuen Fenster auf Krebs initiation, Metastasen, Knochen-Heilung

„Knochen in eine Schale‘ öffnet in einem neuen Fenster auf Krebs initiation, Metastasen, Knochen-Heilung

Forscher in Oregon haben entwickelt, ein material, das repliziert den menschlichen Knochengewebes mit einem noch nie dagewesenen Niveau an Präzision, aus seinen mikroskopischen Kristallstruktur, um seine biologische Aktivität. Sie verwenden es, um zu erforschen grundlegende Krankheitsprozesse, wie der Ursprung von metastatischen Tumoren in den Knochen, und als eine Behandlung für große Knochen-Verletzungen.

„Sie ist im Prinzip eine miniaturisierte Knochen in eine Schüssel, die wir produzieren können innerhalb von 72 Stunden oder weniger,“ sagt der biomedizinischen Ingenieur Luiz Bertassoni, D. D. S., Ph. D., assistant professor in der OHSU School of Dentistry und Mitglied der ZEDER, die Krebs-Früherkennung Erweiterte Forschungszentrum in der OHSU-Ritter-Krebs-Institut.

Wie echte Knochen, das material hat eine 3-D-mineral-Struktur aufgefüllt mit Knochenzellen, Nervenzellen und Endothelzellen, die selbst zu organisieren in funktionierende Blutgefäße.

„Bemerkenswert ist, dass die Wissenschaftler in unserem Feld haben, werden verwendet, um die Kultivierung von Zellen innerhalb einer protein-Mischung, um Ungefähre, wie die Zellen Leben in den Körper. Aber dies ist das erste mal, dass jemand in der Lage war, zum einbetten von Zellen in Mineralien, das ist das, was charakterisiert die Knochen,“ Bertassoni sagt.

Und das ist, was macht das neue material vielversprechender als ein Modell zur Untersuchung von Knochen-Funktion, Erkrankungen und Knochenregeneration. „Mit diesem Modell können Sie anfangen zu Fragen Fragen darüber, wie Knochen, Zellen, ziehen verschiedene Arten von Krebs, wie Krebs-Zellen, bewegen in den Knochen, wie die Knochen beteiligt in der regulation der Knochenmark-Funktion“, sagt Bertassoni.

„Es kann auch relevant sein, um sezieren die Mechanismen, die zu Krankheiten wie Leukämie.“ Bertassoni veröffentlicht die Ergebnisse in der Zeitschrift Nature Communications“ mit Postdoktorand Greeshma Nair, Ph. D., Doktorand Avathamsa Athirasala, M. Sc.Eng., und anderen co-Autoren.

„Die Möglichkeit zum Ingenieur wirklich Knochen-wie Gewebe im Labor können auch transformative für die regenerative Medizin,“ Bertassoni sagt, „da die derzeitige Behandlung für große Knochen-Frakturen erfordert die Entfernung des Patienten, den eigenen, gesunden Knochen, so dass es implantiert werden kann an der Stelle der Verletzung.“

Das Rezept beginnt mit dem mischen von humanen Stammzellen in einer Lösung, beladen mit Kollagen-ein protein, das reichlich in der matrix des Knochengewebes. Die Kollagen-Proteine aneinander, bilden ein gel eingebettet, mit dem sich Stammzellen befinden. Die Forscher dann die Flut das gel mit einer Mischung von gelöstem Kalzium und Phosphat die Minerale des Knochens. Sie fügen hinzu, ein weiterer wichtiger Bestandteil, das protein osteopontin abgeleitet von Kuh-Milch, um die Mineralien die Bildung von Kristallen zu schnell. Dieser Zusatz, der klammert sich an Kalzium und Phosphat, minimiert auch die Mineralien, die Toxizität auf die Zellen.

Die Mischung diffundiert durch ein Netzwerk von Kanälen, über die Breite von einem DNA-Strang in der spongey Kollagen, und die gelösten Mineralien Niederschlag in geordneten Schichten von Kristallen.

„Wir reproduzieren können, die Architektur der Knochen hinunter zum nanometer-Maßstab“, sagt Bertassoni. „Unser Modell geht durch die gleichen biophysikalischen Prozess der Bildung, die Knochen.“

In dieser verkalkte Umwelt, Stammzellen entwickeln sich zu funktionsfähigen Knochen, Zellen, Osteoblasten und osteozyten, ohne jegliche Beimischung von anderen Molekülen, wie wenn Sie wussten, Sie waren eingebettet in einen tatsächlichen Knochen-matrix. Innerhalb weniger Tage, das Wachstum der Zellen squeeze schlanke Vorsprünge durch die Räume in Ihrer mineralisierten Umgebung zu verbinden und zu kommunizieren mit benachbarten Zellen. Die Knochen-wie entwickelt die Struktur schafft eine mikroumgebung, die ausreichend ist, um cue-Stammzellen, es ist Zeit, um zu Reifen, die in den Knochen Zellen.

„Es ist die Natur Ihre Arbeit tun, und es ist schön,“ Bertassoni sagt. „Also gingen wir weiter und beschlossen, es zu versuchen mit den Knochen, Gefäßsystem und innervation als gut.“

Nerven-Zellen Hinzugefügt, um die Mischung gebildet, die miteinander verbundene Netzwerke, die persistent gespeichert, nachdem die Mineralisierung. Endothelzellen, ebenso gebildet Netzwerke von Rohren, die geöffnet blieb nach der Mineralisierung.

Zum test der Brauchbarkeit des Materials als eine Krankheit, Modell, die Forscher implantierten Ihr engineered Knochen unter der Haut von Mäusen. Nach ein paar Tagen, die lab-made Blutgefäße hatte, verbunden mit der vaskulatur in der Maus Körper. Wenn die Forscher injizierten Prostata-Krebszellen in der Nähe, fanden Sie heraus, dass tumor-Wachstum war dreimal höher in den Mäusen gegeben mineralisierten Knochen-Konstrukte als bei denen mit der nicht-mineralisierten kontrolliert.