Unsere künstliche Hornhaut Durchbruch könnte dazu führen, self-assembling Organe

Für jede person in der Welt, der erhält eine Hornhaut-Transplantation, es gibt 69 andere, die noch einen benötigen. Das lässt etwa 12,5 Millionen Menschen, deren Sehvermögen eingeschränkt ist, weil es nicht genügend Augen-Geber. Aber was wäre, wenn wir wachsen neue Hornhäute im Labor?

Über das Letzte Jahrzehnt haben Wissenschaftler getestet, künstliche Hornhäute aus synthetischen Kollagen-gel. Eine der Schwierigkeiten ist, die sich das gel an die richtige gebogene Form passen sich die Augen und fokussieren das Licht, so dass der patient kann wieder sehen.

Meine Kollegen und ich vor kurzem einen Weg gefunden, um gel mit live-Hornhaut-Zellen selbst-zusammenbauen in die richtigen Muster, wie ein Stück Papier, faltet sich in ein origami-design. Das gleiche Prinzip könnte eines Tages dazu genutzt werden, produzieren andere menschliche Organe, potenziell helfen, weitere Millionen Menschen, die in not von Transplantaten.

Die lebenden Zellen, die wir Hinzugefügt, um die Kollagen gehandelt wie Mikro-Antriebe, mikroskopisch kleine Motoren übt eine Vertragspartei Zugkraft. Jede Zelle, die Kraft ist klein, aber gemeinsam können Sie Form eine ein-Zoll-breiten block von Gewebe in der Hornhaut-Struktur.

Wir bereits gezeigt, dass Kollagen-Gele mit Hornhaut-Zellen kontrahierten weniger, wenn bestimmte Moleküle (sogenannte Peptid-amphiphiles) wurden Hinzugefügt. Aus dieser Beobachtung waren wir in der Lage, design der gel-Mischung zum Vertrag von unterschiedlichen Mengen an unterschiedlichen Orten zu verabschieden, die eine bestimmte Form.

In diesem speziellen Fall, wir haben eine Runde Form, unterteilt in zwei Ringe, die mit dem Peptid amphiphiles, die sich entweder in den äußeren ring oder im Zentrum. In beiden Fällen, einen Teil kontrahierte, mehr als der andere und dieser Unterschied verursacht das gel, um die schrittweise Kurve über fünf Tage, bis es erreicht eine Hornhaut-ähnliche Form.

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Es könnte möglich sein, diese Technik zu verwenden, erstellen Sie weitere artficial Geweben von Organen, die normalerweise enthalten Zellen, die in der Lage sind zu kontrahieren. Herz -, Haut -, Muskel -, Blutgefäß-Gewebe könnte theoretisch reproduziert mit dieser Technologie.

Erstens, die contracting-Zellen kombiniert werden, die mit dem bio-material von Interesse. Dann ist es nur eine Frage des Verstehens, welche Teile der Vertrag weniger als andere und die Positionierung des Peptid-amphiphiles innerhalb gut definierter Bereiche innerhalb der bio-material, um es selbst zusammensetzen, in die gewünschte Form.

Dieses Konzept könnte auch einen Schub gegeben durch die Fortschritte in der 3-D-Druck, die bereits genutzt, um neue Wege für die Herstellung von verschiedenen künstlichen Organe. Obwohl sich die Technologie noch optimiert, wir haben vor kurzem gesehen, die großen Durchbrüche in der Zelle ein Druck, der letztendlich zur 3-D-gedruckte Leber, bonesand auch Herzen.

Meine Kollegen, unter der Leitung von Professor Che Connon, konnten bereits 3-D-drucken eine vollständige künstliche Hornhaut. Schließlich, 3-D-Drucker kann in der Lage zu reproduzieren, die weit komplexer Biologischer Strukturen durch bauen diese von Schicht zu Schicht. Zum Beispiel, zu erstellen, die mehrere Kammern eines Herzens, bio-Druckfarbe mit Herz-Zellen von einem Patienten würde durch den Aufdruck auf ein biologisch abbaubares Gerüst, das kann später entfernt werden, die durch Wärme zu verlassen, eine voll biologische Herz, bereit zur transplantation.

Aber es ist auch möglich, diese Technologie einen Schritt weiter mit der Erfindung des 4-D-Druck, das drucken von Strukturen, die man selbst zusammenstellen, indem man nach der Fertigung erfolgt, genauso wie unsere Hornhaut. Drucken von biologischen Strukturen, ordnen sich in eine noch komplexere Form würde bedeuten, dass Sie nicht brauchen, um zu produzieren Gerüste für print-Zellen auf, oder entfernen Sie Sie anschließend. Die Genauigkeit der Druck-Prozess wäre extrem nützlich für die präzise Positionierung der Peptid-basierte Moleküle, die die Zellen Vertrages innerhalb des bio-material.

Volle 4-D-Druck von kompletten Organen möglicherweise noch relativ weit in der Zukunft. Aber in der Zwischenzeit können wir auch sehen, wie sich die Technologie könnte helfen, die Entwicklung neuer, effizienter, intelligenter Materialien. Der Prozess könnte verwendet werden, um Form-ändern-stents zu halten, verstopfte Blutgefäße offen. Ein geschlossener stent konnte leicht in die Blutbahn injiziert werden und dann zu öffnen, durch die übermittelnde Kraft von Zellen an einer Verletzung, die Vermeidung der Notwendigkeit einer Operation.