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3-D-gedruckte Gerüste stellen die Funktion der Eierstöcke bei unfruchtbaren Mäusen wieder her

In einer neuen Studie verwenden die Forscher 3-D-Druck, um ein poröses Eierstockgerüst herzustellen und es mit unreifen Ei-produzierenden Zellen zu säen. Sie zeigen, dass unfruchtbare Mäuse, die mit dem gentechnisch veränderten Ovar implantiert wurden, in der Lage sind, auf normale Weise gesunde Welpen zu ovulieren, zu paaren und zu gebären. Die Studie ist die erste, die ein solches Ergebnis mit Hilfe von 3D-Druck erzielt, und sie zeigt, wie der Einsatz der Technologie zur Feinabstimmung der Porenarchitektur des Gerüsts der Schlüssel zum Erfolg ist.
Forscher haben es unfruchtbaren Mäusen ermöglicht, gesunde Nachkommen durch 3-D-Drucken funktionierende Eierstöcke gebären.

Die Forschung, veröffentlicht in Naturkommunikationen, ist die Arbeit eines Teams, das Mitglieder der Northwest University Feinberg School of Medicine in Chicago und Northwesterns McCormick School of Engineering in Evanston, beide in Illinois, umfasst.

Gesunde Eierstöcke sind nicht nur für die Fruchtbarkeit wichtig; Sie produzieren auch Hormone, die die Pubertät und Menopause auslösen.

Die Forscher haben die Studie durchgeführt, weil sie einen Weg finden möchten, Patienten aller Altersgruppen zu helfen, die sich einer Behandlung unterziehen (zB bei Krebs), die ihre Eierstockfunktion beeinträchtigt. Junge Patienten, die ihre Eierstockfunktion verlieren, benötigen häufig eine Hormonersatztherapie, um die Pubertät auszulösen.

In ihrer Studie weisen die Autoren darauf hin, dass aktuelle Ansätze - einschließlich In-vitro-Fertilisation (IVF) und Ovartransplantationen - keine "langfristigen Lösungen bieten und pädiatrische Patienten mit metastasierten Erkrankungen ohne Optionen ausliefern".

Es gab verschiedene Versuche, Eierstöcke mit einer Reihe von Biomaterialien in Kombination mit Follikeln zu entwickeln - den kugelförmigen Taschen in den Eierstöcken, die unreife Eizellen enthalten und Hormone produzieren -, die jedoch nur begrenzten Erfolg hatten.

Die Autoren erklären, dass eine der Herausforderungen beim Tissue-Engineering eines Ersatz-Eierstocks - die sie als "bioprothetischen" Eierstock bezeichnen - ist sicherzustellen, dass die Follikel in der künstlichen Umgebung überleben.

Follikel müssen genau in 3-D gehalten werden

Um zu überleben, müssen die Follikel in einer bestimmten Weise in der 3-D-Umgebung gehalten werden. Sie müssen an ihrem Platz bleiben, um die Reife zu erreichen, den Kontakt mit anderen Zellen aufrechtzuerhalten und Hormone zu produzieren. Wenn sie sich zu frei bewegen und ausbreiten, wird dies nicht passieren.

Mausstudien mit bioprothetischen Ovarien aus Hydrogelgerüsten haben Lebendgeburten ermöglicht. Dies war der Ausgangspunkt für die neue Studie.

Jüngste Fortschritte im 3-D-Druck - auch bekannt als additive Fertigung - ermöglichen Forschern, lebendiges, funktionierendes Gewebe unter Verwendung biokompatibler Strukturen herzustellen, die Zellen und verschiedene unterstützende Teile in 3-D halten können.

Dieser so genannte 3-D-Bioprinting wurde bereits verwendet, um neue Haut, Knochen, Herzgewebe, Knorpel und andere Körperteile zu manipulieren.

Die Forscher fanden heraus, dass 3-D-Bioprinting ihnen eine Möglichkeit bot, die Porenarchitektur des Gerüsts zu variieren und damit das Ausmaß zu kontrollieren, in dem die Follikel in 3-D an Ort und Stelle gehalten werden.

Sie zeigten, dass je mehr Interaktion mit dem Gerüst stattfand, desto weniger sich die Follikel ausbreiteten und desto höher waren ihre Überlebenschancen.

Als die Forscher die bioprothetischen Eierstöcke in chirurgisch sterilisierte Mäuse transplantierten, ovulierten die Mäuse, fügten sich erfolgreich zu und brachten gesunde Würfe zur Welt. Sie konnten sogar ihre Welpen stillen.

Erster erfolgreicher Druck von selbsttragendem Gelatinegerüst

Das Team verwendete Gelatine als "Tinte", um das Gerüst zu drucken. Dieses Material ist sicher für die Verwendung in Menschen und ist steif genug für die Verwendung in der Chirurgie sowie porös genug, um Zellen mit dem umgebenden Gewebe interagieren zu lassen.

Die leitende Forscherin Ramille Shah, Assistenzprofessorin für Chirurgie bei Feinberg und für Materialwissenschaften und Technik bei McCormick, erklärt, dass die meisten Hydrogele zu schwach sind, um eine 3-D-Struktur zu erzeugen. Sie bestehen hauptsächlich aus Wasser und kollabieren.

"Aber wir haben eine Gelatinetemperatur gefunden, die es ermöglicht, dass sie selbsttragend ist, nicht kollabiert und zum Aufbau mehrerer Schichten führt", fügt sie hinzu. "Niemand war bisher in der Lage, Gelatine mit einer solch definierten und selbsttragenden Geometrie zu drucken."

Die offene Architektur des Gerüsts hat den Follikeln mehr als nur die richtige 3-D-Unterstützung für reifende Eizellen und den Eisprung gegeben. Es ließ auch Blutgefäße im Inneren des Implantats entstehen, so dass freigesetzte Hormone in die Blutbahn gelangen und bei den weiblichen Mäusen Laktation auslösen konnten, was sich in der Tatsache zeigte, dass sie ihre Jungen stillen konnten.

Die Studie bringt den Tag näher, an dem biotechnologische Implantate anstelle von transplantiertem Spendergewebe verwendet werden können, um die Funktion der Eierstöcke beim Menschen wiederherzustellen. Sein Hauptbeitrag besteht darin, das Potenzial für den 3D-Druck aufzuzeigen, um Teil dieser Reise zu sein.

"Dies ist die erste Studie, die zeigt, dass die Gerüstarchitektur einen Unterschied im Überleben der Follikel macht. Wir wären nicht in der Lage, dies zu tun, wenn wir keine 3-D-Druckerplattform verwenden würden."

Prof. Ramille Shah

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