211service.com
Mikrotrådar hjälper till att växa nya muskler
Forskare har reparerat stora muskelsår hos möss genom att odla och implantera mikrotrådar belagda med mänskliga muskelceller. Mikrotrådarna – gjorda av samma material som utlöser bildandet av blodproppar – verkar hjälpa cellerna att växa i rätt riktning, vilket är avgörande för att återuppbygga fungerande muskelvävnad.
Reparationsmuskler: Hårtunna trådar som de som visas här såddes med muskelceller och implanterades i sår för att hjälpa till att läka muskler hos möss.
Vi antar att celler migrerar längs dessa byggnadsställningar, som fungerar som en kanal, säger George Pins , docent i bioteknik vid Worcester Polytechnic Institute. Pins utvecklade mikrotrådstekniken. De implanterade cellerna integreras snabbt i den befintliga muskeln och minskar bildandet av ärrvävnad. Cellerna växer in i utrymmet där musklerna brukade vara, men de växer på ett guidat sätt.
För närvarande finns det inte mycket läkare kan göra när någon drabbas av massiv skada på en muskel, till exempel i en bilolycka eller en explosion. Tjocka band av ärrvävnad kan bildas i såret, vilket gör att muskeln blir allvarligt och permanent försämrad.
Forskare utvecklar många tillvägagångssätt för att skapa ersättningsmuskler, inklusive att växa fläckar av celler i en skål, injicera stamceller i skadade muskler och implantera cellfröade byggnadsställningar utformade för att efterlikna naturlig vävnad. Även om alla dessa ansträngningar visar lovande för vissa tillämpningar, har en av de stora utmaningarna varit att växa tillräckligt med celler i rätt struktur för att läka stora muskelsår.
Muskeluppriktning är mycket viktigt, säger Kevin Kit Parker , en bioingenjör vid Harvard University som inte var involverad i forskningen. Du vill att sarkomererna [muskelns grundläggande funktionella enhet] ska vara anpassade, det är så du får muskelsammandragningar.
Pins och hans medarbetare, inklusive Ray Page , en biträdande professor vid WPI:s Bioengineering Institute, syftar till att lösa detta problem genom att odla celler längs mikrotrådar. Dessa hårtunna trådar är gjorda av fibrin, en proteinpolymer som kroppen använder för att initiera sårläkning, och en vanlig ingrediens inom vävnadsteknik. För att göra mikrotrådarna extruderar forskarna samtidigt fibrinogen, byggstenen i fibrin, och trombin, ett enzym som katalyserar de lösliga fibrinogenproteinerna till en polymer, från två små rör. (Mikrotrådar studeras också för andra applikationer, såsom växande fläckar av hjärtmuskeln för att reparera skador efter hjärtinfarkt.)
Trådarna såddes med mänskliga muskelceller härrörande från vävnad som kasserades under operationen. Före sådd odlade Pages team cellerna under förhållanden som fick dem att de-differentiera - eller att bli mer unga, mindre specialiserade celler - vilket i sin tur gjorde dem bättre i stånd att regenerera.
För att testa tekniken på möss klippte forskare bort cirka 30 procent av djurens tibialis anterior muskel, som ligger längst fram på underbenet. De implanterade sedan cellfröade mikrotrådar i såret. (Trådens diameter, cirka 50 till 100 mikron, är fem till 10 gånger storleken på cellerna.)
Forskare tror att fibrinställningen skickar signalsignaler som efterliknar naturlig sårläkning, binder till tillväxtfaktorer och andra molekyler som finns i blodproppar. Det attraherar också ett enzym som bryter ner fibrinet och frigör fibrinogenproteiner som signalerar de omgivande cellerna att migrera in och växa ny vävnad, säger Pins.
Cellerna verkade integreras i värdvävnaden på bara ett par dagar. Efter en vecka började mikrotrådarna brytas ned och forskare såg att muskelfibrer hade växt in i området som lämnats kvar. Vid 10 veckor var sårbädden full av mänskliga celler, som såg ut som mogna muskelfibrer. Page presenterade forskningen på en bioteknik symposium på WPI tidigare denna månad.
Forskarna försöker nu avgöra om den nya vävnaden beter sig som normal muskel. Tidiga bevis tyder på att implantaten också stimulerade tillväxten av inhemska muskelceller, även om Page säger att de fortfarande behöver bekräfta detta.
Dessutom hade möss implanterade med mikrotrådar mycket mindre ärrvävnad än djur som lämnades att läka på egen hand. Mikrotrådarna minskade dramatiskt mängden kollagen [den huvudsakliga komponenten i ärrvävnad] som avsattes i sårområdet, säger Page. Istället för kollagen ser vi mycket [välorganiserad] muskelvävnad.
Page säger att medan andra forskare har kunnat reparera muskler i viss utsträckning, läkade WPI-tekniken ett mycket större område av skador än tidigare forskning. Detta kan bero på att mikrotrådarna hjälper till att lösa en av de stora utmaningarna när det gäller att växa fram större delar av ny vävnad – att dra in en tillräcklig tillförsel av blod, avgörande för cellöverlevnad. En av anledningarna till att vi ville undersöka mikrotrådar var att vi kände att ett utrymme mellan trådarna skulle ge utrymme för kärlbildning och för muskelceller att växa, säger Page.
Harvards Parker, som växer hjärtmuskler med ännu mindre fibrer, håller med och tillägger att få personer inom vävnadsteknik använder detta tillvägagångssätt. Om jag lägger en rejäl köttbit där, kommer mitten att bli hypoxiskt [eller syresvält], säger Parker. Om jag lämnar utrymme mellan cellerna är det lättare att rekrytera lokala blodkärl.