Soft-tissue engineering für die hart arbeitenden Knorpel

Nov 12, 2019
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Soft-tissue engineering für die hart arbeitenden Knorpel

Vorab in 3-D-Druck könnte, haben Breite Anwendungen

Soft-tissue engineering für die hart arbeitenden Knorpel

Scaffold with Human Mesenchymal Precursor Cells
Konfokale laser-Mikroskopie von einem Gerüst gefüllt mit menschlichen mesenchymalen Vorläuferzellen.
Credit: D. Hutmacher / QUT

Eine internationale Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Nature Communications weist den Weg zu breiter, effektiver Einsatz von biokompatiblen Materialien, die bei der Reparatur des menschlichen Gewebes. Die Fokussierung auf die schwierige Wiederherstellung von Knorpel, erfordert sowohl Flexibilität als auch mechanische Festigkeit, untersuchten die Forscher eine neue Kombination von 3-D gedruckten Mikrofaser-Gerüst-und Hydrogele. Die composites Sie getestet zeigte Elastizität und Steifigkeit vergleichbar mit Knie-Gelenk-Gewebe, als auch die Fähigkeit zur Unterstützung von Wachstum und Vernetzung von menschlichen Knorpelzellen. Forscher an der technischen Universität München (TUM) erwarten, dass das neue Konzept auch Auswirkungen auf andere Bereiche des soft-tissue-engineering-Forschung, einschließlich der Rekonstruktion der Brust heart tissue engineering.

Eine neue 3-D-Druck-Technik, des sogenannten melt electrospinning writing eine entscheidende Rolle gespielt, gleichzeitig Raum für das Zellwachstum sowie die benötigte mechanische Steifigkeit. Diese Methode bietet viel mehr Freiheit in der Gestaltung der Gerüste um die Heilung zu fördern und das Wachstum neuer Gewebe, erklärt Prof. Dietmar W. Hutmacher, einer der leitenden Autoren. „Es erlaubt uns, mehr genau imitieren die Art der Natur Gebäude Gelenkknorpels“, sagt er, „was bedeutet, dass die Stärkung einer soft-gel – Proteoglykane oder, in unserem Fall, einem biokompatiblen hydrogel – mit einem Netzwerk von sehr dünnen Fasern.“ Gerüst von Filamenten hergestellt durch melt electrospinning writing, kann so Dünn wie fünf Mikrometern im Durchmesser, eine 20-fache Verbesserung gegenüber den herkömmlichen Methoden.

An der Queensland University of Technology in Australien, Prof. Hutmacher ist ein Hans Fischer Senior Fellow am TUM Institute for Advanced Study. Seine TUM-IAS-Fokusgruppe im Bereich der Regenerativen Medizin wird gehostet von der TUM Prof. Arndt Schilling, Leiter der Research-Abteilung. für Plastische Chirurgie und Handchirurgie am TUM-Klinikum rechts der Isar.

Multi-Säulen-Studie eine vielseitige Technologie

Die Mitarbeiter – arbeiten in Australien, Deutschland, den Niederlanden und Großbritannien – brachte eine Breite Palette von research-tools, um sich auf diese Untersuchung. Die Bemühungen konzentrieren sich auf die Konstruktion, die Fertigung und die mechanische Prüfung der hydrogel-Faser-Komposite wurden ergänzt durch Vergleiche mit Pferde-Knie-Gelenk, Knorpel -, Experimente mit dem Wachstum von menschlichen Knorpelzellen in das künstliche matrix, und numerische Simulationen.

Alle Beweise deuten in die Richtung, welche Hutmacher Anrufe, vorsichtig, ein Durchbruch. Mit validierten computer-Modell Ihres hydrogel-Faser-Verbundwerkstoffen, die Forscher verwenden, es zu bewerten eine Vielzahl von möglichen Anwendungen. „Der neue Ansatz sieht vielversprechend nicht nur für Gelenk-Reparatur, aber auch für Anwendungen wie Brust-Wiederaufbau nach einer post-tumor Mastektomie oder heart tissue engineering“, so Prof. Hutmacher sagt. „Wir müssen ein Implantat, das Gerüst unter dem Muskel und Faser-verstärkten hydrogel könnte ausschlaggebend sein bei der Regeneration von großen Mengen von Brustgewebe, als auch der biomechanisch hoch geladen Herzklappen.“

Prof. Hutmacher und seine Mitarbeiter an der TUM – Prof. Arndt Schilling, PD. Dr. Jan-Thorsten Schantz und Dr. Elizabeth Balmayor – bereits planen, verwenden Sie die beschriebene Methode in den „Nature Communications“ Papier für Ihre breast tissue-engineering-Forschung, die Sie auch haben ein Projekt begonnen, in Zusammenarbeit mit der Gruppe von Prof. Stefan Jockenhövel und Dr. Petula Mela an der RWTH Aachen engineering Herzklappen-Gewebe.

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