211service.com
Microthreads helpen nieuwe spieren te kweken
Onderzoekers hebben grote spierwonden bij muizen gerepareerd door microthreads te kweken en te implanteren die zijn bedekt met menselijke spiercellen. De microthreads - gemaakt van hetzelfde materiaal dat de vorming van bloedstolsels veroorzaakt - lijken de cellen te helpen in de juiste richting te groeien, wat van vitaal belang is voor de wederopbouw van werkend spierweefsel.
Herstellende spier: Haardunne draden zoals die hier worden getoond, werden bezaaid met spiercellen en geïmplanteerd in wonden om de spieren bij muizen te helpen genezen.
We veronderstellen dat cellen langs deze steigers migreren, die als een kanaal fungeren, zegt George Pins , universitair hoofddocent bio-engineering aan het Worcester Polytechnic Institute. Pins ontwikkelde de microthread-technologie. De geïmplanteerde cellen integreren snel in de bestaande spier en verminderen de vorming van littekenweefsel. De cellen groeien in de ruimte waar vroeger spieren zaten, maar groeien op een geleide manier.
Momenteel kunnen artsen niet veel doen als iemand een enorme spierblessure oploopt, zoals bij een auto-ongeluk of een explosie. Dikke banden van littekenweefsel kunnen zich in de wond vormen, waardoor de spier ernstig en permanent wordt aangetast.
Wetenschappers ontwikkelen tal van benaderingen om vervangende spieren te creëren, waaronder het kweken van stukjes cellen in een schaal, het injecteren van stamcellen in beschadigde spieren en het implanteren van met cellen bezaaide steigers die zijn ontworpen om inheems weefsel na te bootsen. Hoewel al deze inspanningen veelbelovend zijn voor bepaalde toepassingen, was een van de grootste uitdagingen het kweken van voldoende cellen in de juiste structuur om grote spierwonden te genezen.
Spieruitlijning is erg belangrijk, zegt Kevin Kit Parker , een bio-ingenieur aan de Harvard University die niet bij het onderzoek was betrokken. Je wilt dat de sarcomeren [de functionele basiseenheid van spieren] uitgelijnd zijn, zo krijg je spiercontracties.
Pins en zijn medewerkers, waaronder Ray pagina , een assistent-professor aan het Bioengineering Institute van WPI, probeert dit probleem op te lossen door cellen langs microthreads te laten groeien. Deze haardunne strengen zijn gemaakt van fibrine, een eiwitpolymeer dat het lichaam gebruikt om wondgenezing te initiëren, en een veelgebruikt ingrediënt in tissue engineering. Om de microthreads te maken, extruderen de onderzoekers gelijktijdig fibrinogeen, de bouwsteen van fibrine, en trombine, een enzym dat de oplosbare fibrinogeenproteïnen katalyseert tot een polymeer, uit twee kleine buisjes. (Microthreads worden ook bestudeerd voor andere toepassingen, zoals het kweken van stukjes hartspier om schade na hartaanvallen te herstellen.)
De draden werden bezaaid met menselijke spiercellen die waren afgeleid van weefsel dat tijdens de operatie werd weggegooid. Voorafgaand aan het zaaien, kweekte het team van Page de cellen onder omstandigheden die hen ertoe aanzetten om te dedifferentiëren - of om meer juveniele, minder gespecialiseerde cellen te worden - waardoor ze beter in staat waren om te regenereren.
Om de technologie bij muizen te testen, sneden onderzoekers ongeveer 30 procent van de tibialis anterieure spier van de dieren, die aan de voorkant van het onderbeen ligt. Vervolgens implanteerden ze met cellen gezaaide microthreads in de wond. (De diameter van de draad, ongeveer 50 tot 100 micron, is vijf tot tien keer zo groot als de cellen.)
Onderzoekers geloven dat de fibrine-steiger signaalsignalen uitzendt die inheemse wondgenezing nabootsen, binden aan groeifactoren en andere moleculen die in bloedstolsels worden aangetroffen. Het trekt ook een enzym aan dat het fibrine afbreekt, waardoor fibrinogeeneiwitten vrijkomen die de omringende cellen signaleren om naar binnen te migreren en nieuw weefsel te laten groeien, zegt Pins.
De cellen bleken in slechts een paar dagen in het gastheerweefsel te integreren. Na een week begonnen de microthreads af te breken en onderzoekers zagen dat spiervezels waren gegroeid in het achtergebleven gebied. Na 10 weken zat het wondbed vol met menselijke cellen, die eruitzagen als rijpe spiervezels. Page presenteerde het onderzoek op een bio-engineering symposium bij WPI eerder deze maand.
De onderzoekers proberen nu vast te stellen of het nieuwe weefsel zich gedraagt als normale spieren. Vroeg bewijs suggereert dat de implantaten ook de groei van inheemse spiercellen aanspoorden, hoewel Page zegt dat ze dit nog moeten bevestigen.
Bovendien hadden muizen geïmplanteerd met microthreads veel minder littekenweefsel dan dieren die alleen moesten genezen. De microthreads verminderden drastisch de hoeveelheid collageen [het belangrijkste bestanddeel van littekenweefsel] dat in het wondgebied werd afgezet, zegt Page. In plaats van collageen zien we veel [goed georganiseerd] spierweefsel.
Page zegt dat terwijl andere wetenschappers de spieren tot op zekere hoogte hebben kunnen herstellen, de WPI-technologie een veel groter gebied van de blessure heeft genezen dan eerder onderzoek. Dit kan zijn omdat de microthreads helpen bij het oplossen van een van de grootste uitdagingen bij het kweken van grotere delen van nieuw weefsel - het aanzuigen van voldoende bloed, essentieel voor celoverleving. Een van de redenen waarom we microthreads wilden onderzoeken, was dat we dachten dat ruimte tussen de draden ruimte zou geven voor de vorming van bloedvaten en voor de groei van spiercellen, zegt Page.
Harvard's Parker, die hartspier laat groeien met nog kleinere vezels, is het daarmee eens en voegt eraan toe dat maar weinig mensen in tissue engineering deze benadering volgen. Als ik er een stevig stuk vlees in doe, wordt het centrum hypoxisch [of zuurstofarm], zegt Parker. Als ik ruimte tussen de cellen laat, is het gemakkelijker om lokale bloedvaten te rekruteren.