Биоинженерные заменители сухожилий, связок, мениска колена и других тканей требуют воссоздания изысканной архитектуры этих тканей в трех измерениях. Эти волокнистые ткани на основе коллагена, расположенные по всему телу, имеют упорядоченную структуру, которая дает им прочную способность выдерживать экстремальные механические нагрузки.
Связанные изображения
Фото: Брендон М. Бейкер, доктор философии; Перельмана, Университет Пенсильвании.
Динамический переход в волокнистом биоматериале, состоящем из регулируемых фракций структурных (красных) и водорастворимых, расходуемых (зеленый) электропряденых полимерных нановолокон. Изображение было получено, когда жидкость поступала справа налево, растворяя жертвенные волокна и создавая более открытую волокнистую сеть.
Фото: Брендон М. Бейкер, доктор философии; Перельмана, Университет Пенсильвании.
Ссылки по теме
Перельмана Медицинская школа
Система здравоохранения Пенсильванского университета
Many labs have been designing treatments for ACL and meniscus tears of the knee, rotator cuff injuries, and Achilles tendon ruptures for patients ranging from the weekend warrior to the elite Olympian. One popular approach has involved the use of scaffolds made from nano-sized fibers, which can guide tissue to grow in an organized way. Unfortunately, the fibers' widespread application in orthopaedics has been slowed because cells do not readily colonize the scaffolds if fibers are too tightly packed.
Роберт Л. Маук, доктор философии , профессор ортопедической хирургии и биоинженерии, и Брендон М. Бейкер, доктор философии , ранее аспирант лаборатории Маука Медицинской школы Перельмана Университета Пенсильвании , разработали и проверили новую технологию, в которой композитные нановолоконные каркасы обеспечивают достаточно рыхлую структуру для беспрепятственной колонизации клеток, но все же могут указывать клеткам, как откладывать новую ткань . Их результаты появятся в Интернете на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences .
«Это крошечные волокна с огромным потенциалом, который можно раскрыть, включив временный удерживающий пространство элемент», - говорит Маук. Волокна имеют диаметр порядка нанометров. Нанометр - это миллиардная часть метра.
Используя метод электроспиннинга, применяемый с 1930-х годов, команда создала композиты, содержащие два разных типа волокон: медленно разлагающийся полимер и водорастворимый полимер, который можно выборочно удалить, чтобы увеличить или уменьшить расстояние между волокнами. Волокна сделаны электрически заряженными растворами растворенных полимеров, в результате чего раствор извергается в виде тонкой струи волокон, которые падают, как снег, на вращающийся барабан и собираются в виде растяжимой ткани. Затем этому текстилю можно придать форму для медицинских применений и добавить клетки, или его можно имплантировать непосредственно - в виде своего рода пластыря - в поврежденную ткань для колонизации соседних клеток.
Увеличение доли растворяющихся волокон усиливает способность клеток-хозяев колонизировать сетку из нановолокон и в конечном итоге мигрировать для достижения равномерного распределения и формирования действительно трехмерной ткани. Несмотря на удаление более чем 50 процентов начальных волокон, оставшийся каркас имел достаточную архитектуру для выравнивания клеток и управления образованием высокоорганизованного внеклеточного матрикса клетками, производящими коллаген. Это, в свою очередь, привело к получению биологического материала со свойствами растяжения, почти соответствующими тканям человеческого мениска, в лабораторных испытаниях механики тканей.