3-D gedruckten Implantat fördert nervenzellwachstum zur Behandlung von Rückenmarksverletzungen
Zum ersten mal, Forscher an der Universität von Kalifornien, San Diego School of Medicine und Institute of Engineering in der Medizin verwendet haben, schnelle 3-D-Druck-Technologien erstellen des Rückenmarks, dann erfolgreich implantiert, Gerüste, geladen mit neuronalen Stammzellen, die in Websites von schweren Verletzungen des Rückenmarks bei Ratten.
Die Implantate, beschrieben in einer Studie, veröffentlicht in der Januar-14-Ausgabe von Nature Medicine, Zielen auf die Förderung der nerve growth über Rückenmarksverletzungen wiederherstellen von verbindungen und die verlorene Funktion. In Ratten-Modellen, die Gerüste unterstützt Gewebe nachwachsen, Stammzellen überleben und die expansion von neuronalen Stammzellen-Axone aus der Gerüst-und in die host-Rückenmark.
„In den letzten Jahren und die Papiere, wir haben uns schrittweise näher an das Ziel, reichlich, Langstrecken-regeneration verletzter Axone in das Rückenmark-Verletzung, die grundlegend für jede wahre Wiederherstellung der körperlichen Funktion,“ sagte co-senior-Autor Mark Tuszynski, MD, Ph. D., professor of neuroscience und Direktor des Translational Neuroscience Institute an der UC San Diego School of Medicine. Axone sind die langen, fadenförmigen Erweiterungen auf Nervenzellen, das sich über die Verbindung zu anderen Zellen.
„Das neue Werk bringt uns noch näher an die Reale Sache,“ ergänzte co-erste Autor Kobi Koffler, Ph. D., assistant project scientist in Tuszynski s lab“, da die 3-D-Gerüst rekapituliert die schlanken, gebündelten arrays der Axone in das Rückenmark. Es hilft bei der Organisation regenerierende Axone zu replizieren, die Anatomie des pre-Verletzten Rückenmarks.“
Co-senior-Autor Shaochen Chen, Ph. D., professor für nanoengineering und ein Mitglied der Fakultät in Institute of Engineering in Medicine an der UC San Diego, und Kollegen verwendeten rapid 3-D-Druck-Technologie erstellen Sie ein Gerüst, das imitiert zentralen Nervensystem Strukturen.
„Wie eine Brücke, es richtet sich regenerierenden Axone von einem Ende des Rückenmarks auf die andere. Axone, die von sich selbst verbreiten können und nachwachsen in jede Richtung, aber das Gerüst wird Axone in Ordnung ist, leiten Sie wachsen in die richtige Richtung, um die komplette Rückenmark in Verbindung,“ sagte Chen.
Schneller, Präziser Druck
Die Implantate enthalten Dutzende von winzigen, 200-Mikrometer breiten Kanälen (zweimal die Breite eines menschlichen Haares) , Handbuch neuronale Stammzellen und axon-Wachstum entlang der Länge des Rückenmarks. Die Druck-Technologie, die von Chens team produziert zwei-millimeter-sized Implantate in 1,6 Sekunden. Herkömmliche Düsen-Drucker, die mehrere Stunden in Anspruch nehmen, um produzieren viel einfacheren Strukturen.
Der Prozess ist skalierbar, um dem menschlichen Rückenmark Größen. Als proof-of-concept, Forscher gedruckten vier-Zentimeter-sized Implantate dem Vorbild von MRI-scans von tatsächlichen menschlichen Rückenmark Verletzungen. Diese gedruckt wurden innerhalb von 10 Minuten.
„Hier zeigt sich die Flexibilität unserer 3-D-Druck-Technologie,“, sagte co-Erstautor Wei Zhu, Ph. D., nanoengineering postdoctoral fellow in der Chen-Gruppe. „Wir können schnell drucken ein Implantat, das ist nur Recht zu entsprechen, die die Verletzte Seite des host-Rückenmark unabhängig von der Größe und Form.“
Die Wiederherstellung Der Verlorenen Verbindungen
Die Forscher transplantierten die zwei-millimeter-Implantate, geladen mit neuronalen Stammzellen, die in Websites von schweren Verletzungen des Rückenmarks bei Ratten. Nach ein paar Monaten, neuen Rückenmark Gewebe war nachwachsen ganz aus der Verletzung angeschlossen und die durchtrennten enden der host Rückenmark. Behandelten Ratten wieder erhebliche funktionelle Motorische Verbesserung in Ihren Hinterbeinen.
„Dies ist ein weiterer wichtiger Schritt in Richtung auf die Durchführung klinischer Studien zu reparieren Rückenmark Verletzungen in den Menschen,“ Koffler, sagte. „Das Gerüst bietet eine stabile, physische Struktur, unterstützt die konsequente engraftment und überleben von neuralen Stammzellen. Es scheint shield transplantierten Stammzellen von den oft giftigen, entzündlichen Umgebung einer Verletzung des Rückenmarks gestellt und dient als Leitsystem für Axone, die durch die Läsion Website komplett.“
Darüber hinaus das Herz-Kreislauf-Systeme des behandelten Ratten eingedrungen waren, im inneren der Implantate zu bilden funktionierende Netzwerke der Blutgefäße, die dazu beigetragen, die neuronalen Stammzellen überleben.
„Vaskularisierung ist eine der wichtigsten Hürden im tissue engineering Implantate länger im Körper für eine lange Zeit,“ Zhu sagte. „3-D-gedruckte Gewebe müssen Gefäßsystem, um genug Nahrung und Entladung der Abfälle. Unsere Gruppe hat die Arbeit am 3-D gedruckt Blutgefäß-Netzwerke vor, aber wir konnten nicht in diese Arbeit. Biologie einfach natürlich kümmert es für uns aufgrund der hervorragenden Biokompatibilität von unserer 3-D-Gerüste.“