• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Ett hjärta av guld:Bättre vävnadsreparation efter hjärtinfarkt (Uppdatering)

    En scanning elektronmikroskop (SEM) bild av nanotråd-alginat komposit ställningar. Stjärnformade kluster av nanotrådar kan ses på dessa bilder. Bild med tillstånd av Disease Biophysics Group, Harvard Universitet

    Ett team av forskare vid MIT och Children's Hospital Boston har byggt hjärtplåster översållade med små guldtrådar som kan användas för att skapa vävnadsbitar vars celler alla slår i takt, efterliknar dynamiken i naturlig hjärtmuskel. Utvecklingen kan någon gång hjälpa människor som har drabbats av hjärtinfarkt.

    Studien, rapporterade denna vecka i Naturens nanoteknik , lovar att förbättra befintliga hjärtplåster, som har svårt att uppnå den nivå av konduktivitet som krävs för att säkerställa en jämn, kontinuerligt "slag" genom en stor bit vävnad.

    "Hjärtat är ett elektriskt ganska sofistikerat maskineri, säger Daniel Kohane, en professor vid Harvard-MIT Division of Health Sciences and Technology (HST) och senior författare till artikeln. "Det är viktigt att cellerna slår ihop, annars kommer vävnaden inte att fungera ordentligt."

    Det unika nya tillvägagångssättet använder guld nanotrådar utspridda bland hjärtceller när de odlas in vitro, en teknik som markant förbättrar hjärtplåstrets prestanda, säger Kohane. Forskarna tror att tekniken så småningom kan resultera i implanterbara plåster för att ersätta vävnad som har skadats i en hjärtattack.

    Medförfattare till studien är MIT postdoc Brian Timko och tidigare MIT postdoc Tal Dvir, nu vid Tel Aviv University i Israel; andra författare är deras kollegor från HST, Barnsjukhuset Boston och MIT:s avdelning för kemiteknik, inklusive Robert Langer, David H. Koch-institutets professor.

    Ka-dunk, ka-dunk

    För att bygga ny vävnad, biologiska ingenjörer använder vanligtvis miniatyrställningar som liknar porösa svampar för att organisera celler i funktionella former när de växer. Traditionellt, dock, dessa ställningar har tillverkats av material med dålig elektrisk ledningsförmåga - och för hjärtceller, som förlitar sig på elektriska signaler för att koordinera deras sammandragning, det är ett stort problem.

    "Särskilt när det gäller hjärtmyocyter, du behöver en bra koppling mellan cellerna för att få signalledning, säger Timko. Men ställningen fungerar som en isolator, blockerar signaler från att färdas långt bortom en cells omedelbara grannar, och gör det nästan omöjligt att få alla celler i vävnaden att slå ihop som en enhet.

    För att lösa problemet, Timko och Dvir drog fördel av sina kompletterande bakgrunder – Timkos inom halvledande nanotrådar, Dvir är inom hjärtvävsteknik – för att designa ett helt nytt ställningsmaterial som skulle tillåta elektriska signaler att passera igenom.

    Nytt hjärtplåster använder guld nanotrådar för att förbättra elektrisk signalering mellan celler, ett lovande steg mot bättre behandling för hjärtinfarktpatienter. Med tillstånd från Disease Biophysics Group, Harvard Universitet

    "Vi började brainstorma, och det kom för mig att det faktiskt är ganska lätt att odla guld nanoledare, som naturligtvis är mycket ledande, säger Timko. "Du kan odla dem till ett par mikron långa, vilket är mer än tillräckligt för att passera genom ställningens väggar.”

    Från mikrometer till millimeter

    Teamet tog som basmaterial alginat, ett organiskt gummiliknande ämne som ofta används för vävnadsställningar. De blandade alginatet med en lösning som innehöll guldnanotrådar för att skapa en kompositställning med miljarder av de små metallstrukturerna som löper genom den.

    Sedan, de sådde ut hjärtceller på guld-alginatkompositen, testa konduktiviteten hos vävnad odlad på kompositen jämfört med vävnad odlad på rent alginat. Eftersom signaler leds av kalciumjoner i och mellan cellerna, forskarna kunde kontrollera hur långt signalerna färdas genom att observera mängden kalcium som finns i olika delar av vävnaden.

    "I grund och botten kalcium är hur hjärtceller pratar med varandra, så vi märkte cellerna med en kalciumindikator och satte ställningen under mikroskopet, säger Timko. Där, de observerade en dramatisk förbättring bland celler som odlades på den sammansatta ställningen:Omfånget av signalledning förbättrades med cirka tre storleksordningar.

    "I friska, inhemsk hjärtvävnad, du pratar om ledning över centimeter, säger Timko. Tidigare, vävnad odlad på rent alginat visade ledning över bara några hundra mikrometer, eller tusendels millimeter. Men kombinationen av alginat och guld nanotrådar uppnådde signalledning över en skala av "många millimeter, säger Timko.

    "Det är verkligen natt och dag. Prestanda som ställningarna har med dessa nanomaterial är bara mycket, mycket bättre, säger Kohane.

    "Det är mycket vackert arbete, säger Charles Lieber, professor i kemi vid Harvard University. "Jag tror att resultaten är ganska entydiga, och mycket spännande – både genom att visa i grunden att de har förbättrat ledningsförmågan hos dessa ställningar, och sedan hur det helt klart gör skillnad när det gäller att förbättra den kollektiva bränningen av hjärtvävnaden."

    Forskarna planerar att genomföra studier in vivo för att fastställa hur den sammansatta vävnaden fungerar när den implanteras i levande hjärtan. Förutom implikationer för hjärtinfarktpatienter, Kohane tillägger att det framgångsrika experimentet "öppnar upp en massa dörrar" för att konstruera andra typer av vävnader; Lieber håller med.

    "Jag tror att andra människor kan dra nytta av den här idén för andra system:I andra muskelceller, andra vaskulära konstruktioner, kanske till och med i nervsystem, detta är ett enkelt sätt att ha en stor inverkan på den kollektiva kommunikationen av celler, " säger Lieber. "Många människor kommer att hoppa på det här."


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com