设计的表面来提高骨移植

领域的骨植入了难以置信的进步得益于技术创新,允许更强的移植更容易安装。然而,即使有这些进步,仍存在风险参与此类程序。植入物可以放松后操作,例如,这可能导致代价高昂的手术修正,延长患者的恢复过程。

新研究发表在自然生物医学工程从一个跨学科的团队从西北工程中心的先进再生工程(护理)和生理基因组学和工程中心(CPGE)可以减少这些痛苦的可能性,昂贵的并发症。

收敛的物理科学,生物学,手术,和工程,研究人员介绍了表面的概念topography-induced染色质工程。在协作与芝加哥大学的拉塞尔·r·里德,医学博士,博士和Tong-Chuan他,医学博士,博士的团队解释如何以及为什么使用表面变化模式,验证方法体内。

研究结果可能会导致新的设计策略生物医学公司改善肌肉骨骼手术的医疗设备的性能。

“我们有可能设计植入物表面,促进更好的与周围骨的集成,例如组织固定设备和髋关节或膝关节植入物,”吉尔勒莫埃米尔说,ScD,丹尼尔·黑尔·威廉姆斯麦考密克工程学院生物医学工程教授,Feinberg医学院的外科教授。

“这也有可能用于开发下一代bioresorbable支架,更好地支持新骨形成,通过实施这些工程地形的整个表面区域植入。”

埃米尔和瓦迪姆后方博士(goldman Sachs)家族麦考密克工程学院生物医学工程教授生物化学和分子遗传学Feinberg医学院医学论文的共同通讯作者。埃米尔和后方保健和CPGE的董事,分别。鑫隆王博士,博士后从保健和Vasundhara Agrawal,博士生从CPGE co-first作者。

众所周知从实验室实验,植入物表面工程地形可以促进骨髓来源干细胞的分化成成骨细胞。团队证明改善体内骨形成用植入物micropillars地形,诱发细胞核变形和促进骨髓来源干细胞的分化成成骨细胞。

研究人员这样做在批评-大小的颅骨缺损模型中,他们显示缺陷治疗使用植入micropillar表面有更多比缺陷接受移植骨形成平面。

“我们的研究与精密加工的收敛,染色质成像,和bioimplants染色质工程的第一个应用程序再生医学”,王说。“下一步是制造大规模的支架,可用于临床的翻译。”

“虽然人研究表面化学和形态如何影响细胞的形状和功能几十年来,我们是第一个表明变形的直接作用细胞的细胞核和如何变化导致改进的间充质干细胞的分化cells-bone骨髓也变成成骨细胞骨形成细胞,”后方说。

细胞如何函数不仅在他们的基因,也取决于这些基因表达,而后者是由表观遗传学。表观遗传调控的一个重要方面是基因组的三维结构(染色质)。如果基因可以比作细胞的硬件、表观遗传学是软件和染色质结构的操作系统。

CRISPR的出现有了强大的工具,用于基因工程(硬件设计)。的下一个前沿染色质工程或设计/操作系统的重组。

CPGE是一个适合本研究因为它创建新的策略适合的治疗疾病和可逆操作通过生理基因组学的物理系统。

“我们的工作证明了利用机械信号的可能性使染色质工程再生工程。一个独特的方面,我们的方法是,我们不仅关注分子还驱动染色质状态和物理因素产生的转录景观和细胞表型,”后方说。

“具体来说,机械信号可以用来改变染色质构象的改变的基因表达模式,并促进更快的间充质干细胞向成骨细胞分化,细胞骨和软骨组织的再生的关键。”

埃米尔的工作,与此同时,专业从事再生工程。他的使命是利用工程,使再生医学的实践提高手术的结果,造福患者。

“工程地形体内植入物来控制细胞反应的促进再生过程(在我们的工作骨)展示了一种新的方式来设计再生生物材料和植入,”埃米尔说。

“传统上,研究重点包括在我们的字段生长因子或其他分子,促进骨骼生长到生物材料或植入物,但这些方法有不良的副作用,很难带给市场。我们的研究结果可以应用于肌肉骨骼移植目前在市场上,例如,新组织固定设备由citrate-based生物材料由我们,现在销售Stryker公司。”