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Erste Schritte zur Regeneration ganzer Gliedmaßen

Die ersten Schritte zur Entwicklung "bioartifizieller" Ersatzglieder, die für eine Transplantation geeignet sind, wurden Berichten zufolge von einem Team des Massachusetts General Hospital in Boston gemacht, die über ihre Arbeit mit einem Tiermodell in der Zeitschrift schreiben Biomaterialien.
Die Forscher entfernten Gewebe von den Vorderbeinen der Ratten, behielten aber das primäre Gefäßsystem und die Nervenmatrix bei.
Bildnachweis: Dr. Bernhard Jank / Ott Labor

Mehr als 1,5 Millionen Amerikaner haben ein Glied verloren. Die prothetischen Gliedmaßen haben in Funktion und Aussehen stark Fortschritte gemacht, aber die Autoren des neuen Artikels bestätigen, dass die Geräte immer noch viele Einschränkungen haben.

Einige Patienten in den letzten 20 Jahren haben Handtransplantationen von Spendern erhalten, aber dieses Verfahren ist mit lebenslangen Risiken durch eine immunsuppressive Therapie verbunden.

Dieses Problem könnte gelöst werden, indem die eigenen Progenitorzellen des Patienten verwendet werden, um das Gewebe für eine neue Gliedmaße zu regenerieren - anstatt sich auf einen Spender zu verlassen -, aber eine geeignete Matrix oder ein Gerüst muss noch entwickelt werden, auf denen Wissenschaftler das neue Gewebe wachsen könnten .

"Die Zusammensetzung unserer Gliedmaßen macht den Aufbau eines funktionellen biologischen Ersatzes besonders anspruchsvoll", erklärt Seniorautor Dr. Harald Ott von der Massachusetts General Hospital Abteilung für Chirurgie und dem Zentrum für Regenerative Medizin.

Dr. Ott fährt fort:

"Gliedmaßen enthalten Muskeln, Knochen, Knorpel, Blutgefäße, Sehnen, Bänder und Nerven - jeder von diesen muss neu aufgebaut werden und benötigt eine spezifische Stützstruktur, die so genannte Matrix. Wir haben gezeigt, dass wir die Matrix all dieser Gewebe in ihre natürlichen Beziehungen zueinander, dass wir das gesamte Konstrukt über längere Zeiträume kultivieren können und dass wir das Gefäßsystem und die Muskulatur wiederbesiedeln können. "

In Tiermodellen konnten Dr. Ott und Kollegen zuvor Nieren, Leber, Herz und Lunge regenerieren, indem sie eine Waschlösung verwendeten, um lebende Zellen aus dem Spenderorgan zu entfernen, das dann mit geeigneten Vorläuferzellen wieder besiedelt wurde.

Die neue Studie stellt jedoch die erste Verwendung dieser Technik dar, um eine bioartifizielle Extremität zu konstruieren, die komplexer ist.

Zellenmaterial wurde von den Gliedmaßen toter Ratten entfernt, aber die Nervenmatrix wurde erhalten

Bei verstorbenen Ratten entfernten die Forscher das Zellmaterial von den Vorderbeinen der Tiere im Verlauf von 1 Woche, behielten aber das primäre Gefäßsystem und die Nervenmatrix bei. Dieses verbleibende Material lieferte eine Struktur für alle zusammengesetzten Gewebe, die von der Gliedmaße benötigt werden.

Diese Vordergliedmaßenmatrix wurde dann durch Kulturen von Muskel- und Gefäßzellen in einem Bioreaktor bevölkert. Die Gefäßzellen wurden in die Hauptarterie der Extremität injiziert, um Venen und Arterien zu regenerieren. Die Vorläuferzellen wurden indessen in Hüllen in der Matrix injiziert, die Muskelpositionen definieren.

Die Gliedmaße wurde nach 5 Tagen elektrisch stimuliert, um die Muskelbildung zu fördern. Nach 2 Wochen wurde das Glied aus dem Bioreaktor entfernt. Die Forscher fanden heraus, dass die elektrische Stimulation die neuen Muskelfasern dazu veranlasste, sich mit einer Kraft zusammenzuziehen, die 80% derjenigen einer neugeborenen Ratte betrug.

Wenn die Vordergliedmaßen in Empfängerratten transplantiert wurden, begann Blut schnell in der neuen Gliedmaße zu zirkulieren, und wenn die Muskeln innerhalb des Transplantats elektrisch stimuliert wurden, beugten sich die Handgelenke und die digitalen Gelenke der Pfoten der Ratten entsprechend.

Das Team dezellularisierte Pavian-Unterarme erfolgreich, was die Autoren bestätigen, dass es möglich ist, die Technik in einer ähnlichen Größenordnung wie bei menschlichen Patienten anzuwenden.

Die Forscher stehen jedoch vor der Herausforderung, die nachgewachsenen Nerven einer regenerierten Extremität wieder in das Nervensystem des Empfängers zu integrieren.

"Bei der klinischen Extremitätentransplantation wachsen die Nerven wieder in das Transplantat hinein und ermöglichen sowohl Bewegung als auch Empfindung, und wir haben gelernt, dass dieser Prozess weitgehend von der Nervenmatrix im Transplantat geleitet wird", sagt Dr. Ott.

Dr. Ott hofft, dass die gleiche Logik für bioartifizielle Transplantate gelten wird. Als nächstes wird das Team die Muskelregeneration mit menschlichen Zellen versuchen, bevor es den Prozess auf menschliche Knochen, Knorpel und Bindegewebe erweitert.

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