生物医学工程师通过自组装模块培养生活气管结

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  生物医学工程师通过自组装模块培养生活气管结构

  2018年2月15日

  凯斯西储大学的生物医学工程师通过在将细胞组装成管结构后诱导细胞形成三种不同的组织类型来培养气管 - 不依赖于其他组目前正在研究的支架策略。

  生理医学工程和整形外科教授,Alsberg Stem主任Eben Alsberg说,成功的试验和进一步的研究和开发有一天可以让外科医生选择用成人和儿童的全功能天然组织气管替换受损或有缺陷的气管。

   细胞与细胞凯斯西储大学的工程新型治疗学(ASCENT)实验室。

  “我们对这个气管损伤或损失问题采取的独特方法是使用患者的细胞形成组织模块,并将它们像儿童玩具乐高积木一样组装成更复杂的组织”。 Alsberg说,他正在领导这项研究。

  在最新一期的Advanced Science中详细解释了从自组装模块构建活动气管结构的这一步骤。

  共同作者包括:Marsha Rolle,马萨诸塞州伍斯特伍斯特理工学院生物医学工程副教授;汉娜·斯特罗贝尔,WPI研究生;卡尔文棉花,凯斯西储大学儿科,生理学和生物物理学教授;来自Alsberg实验室的9名研究人员,包括共同作者Anna Dikina和Daniel Alt。

  该研究得到了美国国立卫生研究院国家生物医学成像和生物工程研究所提供的190万美元赠款的支持。

  问题

  气管,通常称为气管,是声音盒和肺部之间的气道。患者可能需要重建气管,因为肿瘤切除或导致气管狭窄的损伤,气管狭窄或收缩,这会抑制呼吸。

  Alsberg说,气管组织的损坏或丢失可能会危及生命或导致生活质量显着下降。

  对于气管受损患者,医生的解决方案有限。例如,如果气管的一部分受损,如果成人中气管损坏少于一半或儿童气管损坏少于30%,则只能通过外科手术加入端部。

  其他程序,例如植入支架或简单地清除阻塞气道的组织,仅提供短期缓解,因为修复的管在大约一年后趋于再次关闭。

  最近使用合成或天然材料作为细胞支架的组织工程方法遇到了挑战。

  困难包括在支架上均匀接种细胞,重建天然气管中发现的多种不同组织类型,调整支架降解速率以等于新组织形成的速率,并且由于介入支架而在细胞之间重建重要接触。

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  Alsberg说,目前正在Case Western Reserve进行的气管工程策略不会出现这些问题,因为它不依赖于单独的脚手架结构。

  根据Alsberg的研究,一个新的气管替代品必须做三个关键的事情才能正常运作:

  (1)保持刚性,防止患者呼吸时气道塌陷;

  (2)含有免疫保护性呼吸道上皮,呼吸道内衬的组织,可滋润和保护呼吸道,起到潜在病原体和外来颗粒的屏障作用;

  (3)并与宿主脉管系统或血管系统整合,以支持上皮细胞活力。

  由Alsberg和Rolle实验室开发的自组装环满足所有这三个要求,因为它们可以融合在一起形成软骨和“血管前”管的管。组织类型。血管前指的是可能准备参与血管形成的组织,尽管尚未以这种方式起作用。

  软骨环通过在环形孔中聚集骨髓衍生的干细胞而形成。含有诱导干细胞变成“软骨细胞”的蛋白质的聚合物微球体。或者形成软骨的细胞也掺入细胞聚集体中。

  前血管环由这些骨髓来源的干细胞和内皮细胞组成,内皮细胞是排列在血管内部的细胞层。

  研究人员然后用上皮细胞涂覆管子以形成满足所有这些要求的多组织构建体:软骨提供刚性,上皮起到免疫保护作用,血管网络最终将允许血液流动进食并整合新的气管组织。

  使用这种方法,Alsberg,Rolle和他们的团队已经能够设计出高弹性的“新气管”。各种尺寸,包括类似于人气管的组织。当这些气管植入小鼠皮下时,有证据表明血管前结构可能与宿主血管供应相连。

  “希望是外科医生可以将组织管植入体内并且它将生长并结合到现有组织中”。艾尔斯伯格说。 “我们对这种方法感到兴奋,因为它可能广泛适用于许多其他复杂组织和器官的自下而上的工程。”

  出处:http://case.edu/