Dyrkning af 4-D-væv-den selvbøjede hornhinde

Forskere ved Newcastle University har udviklet et biologisk system, der lader celler danne en ønsket form ved at forme deres omgivende materiale-i første omgang skabe en selvbøjning af hornhinde.

Hornhinden er det klare ydre lag foran på øjenkuglen.

I forskningen, en flad cirkel af gel indeholdende hornhinde -stromaceller (stamceller) blev aktiveret med et serum, så gelens kanter trak sig sammen med en anden hastighed end midten, tegne kanten i løbet af 5 dage for at danne en skållignende buet hornhinde.

Forskningen er publiceret i Avancerede funktionelle materialer og blev ledet af professor Che Connon, professor i vævsteknik, Newcastle University. Han siger:"I øjeblikket er der mangel på donerede hornhinder, som er blevet forværret i de seneste år, da de ikke kan bruges fra alle, der har været opereret med laserøjne, så vi er nødt til at undersøge alternativer som disse selvbøjede hornhinder.

"Cellerne udløses til at danne en kompleks 3D-struktur, men da dette kræver tid at finde sted, den fjerde dimension i denne ligning, vi har mærket dem 4-D strukturer. "

4-D-dannelsen opnås ved den innovative anvendelse af celler som biologiske aktuatorer, komponenter, der får delene til at bevæge sig. I dette tilfælde, cellerne selv tvinger det omgivende væv til at bevæge sig på en forudbestemt måde over tid.

Gelen, omfattende kollagen og indkapslede hornhindeceller, blev anlagt i to koncentriske cirkler. Dannelsen af ​​den buede form, der har en skållignende struktur, blev opnået ved at tilføje molekyler kaldet peptidamfifiler til en af ​​cirklerne.

I en ring trak de aktive celler gelens indre struktur (høj kontraktion), i den anden trak de disse peptidamfifile molekyler (lav kontraktion). Denne forskel i sammentrækning mellem de to koncentriske ringe forårsagede krummingen af ​​gelen. Dette skete, fordi cellerne foretrak at binde til peptidamfifilmolekylerne snarere gelernes indre struktur.

Professor Connon tilføjede:"Fordi hele processen var orkestreret af cellerne selv, vi kan se dem som bio-maskiner, der ombygger disse strukturer indefra.

"Den teknologi og forståelse, vi har udviklet, rummer et enormt potentiale, da disse hornhinder viser, at konstrueret vævsform kan styres af celleaktuatorer. Dette kan få os til at forestille os en fremtid, hvor en sådan tilgang kan kombineres med nøglehulsoperationer, der gør det muligt for en kirurg at implantatvæv i en form, som derefter udvikler sig til en mere kompleks, funktionel form i kroppen, drevet af cellernes opførsel selv. "

Dr. Martina Miotto, hovedforfatter på papiret forklarede:"Dette er et banebrydende eksempel på det strenge forhold mellem form og funktion, da forskningen også viste, at de biomekaniske og biofunktionelle egenskaber ved disse 4-D-strukturer gengav dem i det native væv, med udifferentierede hornhinde -limbale epitelstamceller placeret i den blødere limbus og det differentierede epitel, der spænder over det stivere centrum af den forreste hornhinde. "

Teamet agter at tage arbejdet videre i løbet af de næste par år med henblik på at forfine teknikken som en potentiel metode til fremstilling af hornhinder til menneskelig transplantation.