Une nouvelle façon de fabriquer des tissus, comme le cœur, squelette, ou vasculaire, utiliser des formes minuscules de l'organisation des cellules d'un hydrogel de modèle. L'étude révèle de nouvelles façons de mieux simuler l'énorme complexité du développement du tissu, la régénération et la maladie.

Gordana Vunjak-Novakovic, qui a dirigé l'étude et professeur d'ingénierie biomédicale à l'ingénierie Britannique et professeur de sciences médicales, dit:



"George Eng, un MD étudiant / PhD dans mon laboratoire qui vient de recevoir son diplôme de doctorat, a conçu une technique pour verrouiller et clé pour les ensembles de construction téléphones utilisant une variété de formes qui bloquent les modèles dans une grande partie de la façon dont vous utilisez LEGO.

Qu'est-ce qui est vraiment important à propos de cette technique est que ces formes sont minuscules seule une fraction de millimètre, l'épaisseur d'un cheveu humain, et les aspects pratiques dont ils sont faits en utilisant hydrogel cellule-friendly ".

Les cellules de tissu du corps humain forment des architectures spécifiques qui sont essentielles à la fonction de chaque tissu. Les cellules cardiaques, par exemple, sont alignés pour créer la force maximale agissant dans une direction.

Cellules sans organisation spatiale spécifique peuvent jamais devenir pleinement fonctionnelle sinon résumer leur organisation intrinsèque trouvé dans le corps.

La nouvelle technique permet aux scientifiques de construire des modèles de cellules uniques et contrôlée qui permettent des études détaillées de la fonction des cellules, de sorte que, Vunjak-Novakovic ajoute,

"Maintenant, nous pouvons demander à certaines des questions les plus complexes sur la façon dont les cellules répondent à l'ensemble du contexte de leur environnement.

Cela nous aidera à explorer le comportement cellulaire au cours de la progression de la maladie et de tester les effets de la drogue, les cellules souches, et diverses autres mesures thérapeutiques. "

Shake It Up

Formes dans leurs puits congruent après le tri

Eng, qui est l'auteur principal de l'étude, a utilisé les technologies de fabrication de puce-ordinateur pour faire des sous-unités de taille micrométrique contenant des cellules vivantes et des molécules bioactives, en particulier les formes de renforcement des blocs, tels que des cylindres ou des cubes.

Chaque forme est prête à avoir ses propriétés biologiques uniques et est ensuite mis dans son correspondant géométriquement bien sur le modèle hydrogel.

La technique d'assemblage est simple: un mélange de divers types de formulaires est pipeté sur un modèle avec un arrangement spécifique des puits et placé sur un mélangeur de laboratoire pendant quelques minutes.

Toute forme peut amarrer que dans sa correspondance blocs rectangulaires ainsi accoster que dans les puits rectangulaires identiques, blocs cylindriques dans les puits cylindriques, et ainsi de suite, de sorte que les verrous.

Après avoir jusqu'à dix cycles courts d'agitation, le modèle est rempli de formes pour former un modèle bien défini. Cette technique permet ainsi ensemble d'accouplement rapide d'un grand nombre de sous-unités pour créer de nouveaux tissus.

Brique par brique

"Nous avons utilisé un système de serrure et clef pour fixer LEGO-faire pour localiser les populations de cellules différentes spatialement avec une grande spécificité et la précision», explique Eng. "Et, parce que chaque formulaire est accoster indépendants les uns des autres, de grands tissus pourraient être organisées simultanément, au lieu d'avoir à créer un type séquentiel, brique par brique de l'organisation. Avec cette méthode, nous sommes en mesure de concevoir et de produire de meilleurs tissus pour le remplacement d'organes potentiel ".

Vunjak-Novakovic ajoute:

"La beauté de cette méthode est que les configurations complexes de vivre matériaux cellulaires de nombreux types de cellules, des molécules et matériaux extracellulaires émergent dans le laboratoire dans des géométries tridimensionnelles précises d'une manière qui peut être utilisé par n'importe qui, comme aucun équipement spécial est impliqué."

Eng est excité à l'aide des micro utilisés pour fabriquer des puces informatiques avec des techniques de génie biomédical de rendre les cellules pour fabriquer de nouveaux organes.

"Nous développons de nouvelles idées et méthodes pour tenter d'atténuer la maladie par l'assemblage de sous-unités de petites cellules dans de plus grands corps, plus fonctionnel,» dit-il. "Il est vraiment comme une scène de science-fiction! Pour être à la pointe de la découverte scientifique, le développement de nouvelles méthodes et produits que nous espérons, aura un avantage thérapeutique pour les personnes est très gratifiant et motivant.

Et il ya un tel élément de découverte passionnante dans la conception de nouveaux micro-environnements cellulaires, l'étude des règles qui définissent la communication et l'organisation de cellules ".

D'autres types de matériau

Les prochaines étapes de l'application de cette nouvelle technique sont la fabrication de différents types de tissus fonctionnels, tels que le muscle cardiaque ainsi organisée, tissus dont la fonction dépend essentiellement de son architecture d'alignement et d'intégration de réseau cellulaire de les vaisseaux sanguins avec des cellules cardiaques organisés. La méthode sera étendue à la conception de micro-environnements pathologiques d'intérêt, tels que des modèles de tumeurs.

"Notre laboratoire a travaillé pendant de nombreuses années dans la construction de« l'homme-sur-une-puce »des systèmes qui nous permettront de voir les réponses représentatives de celles de l'ensemble de la physiologie cellulaire de l'organisme», dit-Vunjak Novakovic.

«Nous sommes également très intéressés par le développement de technologies pour faire progresser l'expérimentation biologique et nous permettent de poser des questions plus complexes."

George Eng, et al.
Assemblée des micro-environnements cellulaires complexes en utilisant des formes d'hydrogel géométriquement ancrés
PNAS 19 Mars, 2013 vol. 110 n. 12 4551-4556

Illustration: la modélisation mathématique de la migration des cellules souches mésenchymateuses en réponse aux signaux sortis par les cellules endothéliales. L'intensité de la couleur correspond à la concentration, et les flèches représentent les directions de déplacement des cellules. Par George Eng