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Hochintensive Schallwellen prägen die Plattform für die regenerative Medizin
Nicht zufällig stolpert man zufällig zufällig über eine mögliche Antwort auf eines der wichtigsten Hindernisse der regenerativen Medizin - wie man ein Zellgerüst für das Tissue Engineering herstellt. Aber genau das haben Forscher der Universität von Washington versehentlich herausgefunden.
Die neue Technik könnte verwendet werden, um Gewebe für das Tissue Engineering und die regenerative Medizin zu dezellularisieren.
Regenerative Medizin ist ein bahnbrechender Bereich der Medizin, der das Potenzial hat, geschädigte Gewebe und Organe zu heilen und Lösungen und Hoffnung für Menschen zu bieten, deren Bedingungen derzeit nicht zu reparieren sind. Um jedoch Stammzellen zu verwenden, um neues Gewebe oder Organe zu erzeugen, muss ein Unterstützungsnetzwerk vorhanden sein, um als strukturelle Hülle zu funktionieren.
Strategien auf dem Gebiet des Tissue Engineering und der regenerativen Medizin verwenden oft 3D-Scaffolds, um die natürliche extrazelluläre Matrix nachzuahmen. Diese Matrix wird als strukturelle Matrize verwendet, die Zelladhäsion, Migration, Differenzierung und Proliferation unterstützt und eine Anleitung für die Bildung von Neogeweben bietet.
Das Team der University of Washington stieß auf die neue Technik, ein natürliches Zellgerüst für die regenerative Medizin zu entwickeln, während es eine Methode zur Beseitigung von Krebstumoren erprobte.
Die Forscher untersuchten kochende Histotripsie - eine Technik, die Millisekunden lange Ausbrüche von hochintensiven Ultraschallwellen verwendet, um Gewebe zu brechen - als eine Art, Krebs Tumore mit Ultraschallwellen zu verflüssigen.
Kochende Histotripsie-Läsionen wurden in einer Rinderleber mit einem klinischen 1,2 MHz MR-HIFU-System (Sonalleve, Philips, Finnland) unter Verwendung von 30 10-ms-Pulsen und Pulswiederholfrequenzen von 1 bis 10 Hz erzeugt. Es wurden akustische Spitzenleistungen verwendet, die einer geschätzten In-situ-Stoßfrontamplitude von 65 MPa entsprachen.
Die Technik könnte Türen für die regenerative Medizin öffnen
Die Forscher erklären, dass Hochleistungsschallwellen unterhalb von 20 Hz, der unteren Frequenzgrenze des menschlichen Gehörs, im Körper spürbar sind, aber vom menschlichen Gehör nicht als Schall wahrgenommen werden.
Nach der Zerstörung der Tumore durch Schall sollte der Körper sie als zellulären Abfall aus dem Körper ausrotten. Bei der Untersuchung der "dezellularisierten" Gewebe hatte das Kochen jedoch ein faseriges Gerüst intakt gelassen.
Yak-Nam Wang, ein leitender Ingenieur am Applied Physics Laboratory der University of Washington, sagt:
"In einigen unserer Experimente fanden wir heraus, dass ein Teil des Stromagewebes und des Gefäßsystems zurückgelassen wurde. Daher hatten wir die Idee, dies zur Dezellularisierung von Geweben für das Tissue Engineering und die regenerative Medizin zu verwenden."
Der Rahmen, der nach dezellularisierenden Geweben zurückbleibt, wird als die extrazelluläre Matrix identifiziert, ein faseriges Netzwerk, das ein Gerüst für die wachsenden Zellen bietet.
Ein Querschnitt durch eine Histotripsie-Läsion, die in Rinderlebergewebe erzeugt wurde. Der verflüssigte Zellinhalt wird ausgewaschen und zeigt die verbleibende extrazelluläre Matrix.
Bildnachweis: T. Khoklova
Dezellularisierende Gewebe und Organe beinhalten oft die Verwendung von chemischen und enzymatischen Behandlungen. Diese Methode dauert mehrere Tage und kann Gewebe und Fasern schädigen.
Die Histotripsy dagegen übt eine schnelle Dezellularisierung von Gewebe mit minimaler Schädigung der Matrix aus.
"Im Tissue Engineering ist es eine der heiligen Grillen, biomimetische Strukturen zu entwickeln, um Gewebe durch natives Gewebe zu ersetzen", erklärt Wang.
"Die Entfernung von Zellen aus bereits entwickeltem Gewebe könnte ein guter Kandidat für diese Strukturen sein, da die extrazelluläre Matrix bereits als zelluläres Gerüst für Gewebesysteme fungiert", fügt er hinzu.
Aufgrund der nackten Skelett-ähnlichen Zusammensetzung der Matrix wird nur eine schwache Immunantwort vom Wirt induziert. Theoretisch könnte die Matrix mit Stammzellen von der Person ernährt werden, um ein Organ effektiv wieder wachsen zu lassen.
"Der andere Gedanke ist, dass Sie vielleicht einfach die extrazelluläre Matrix implantieren könnten und dann würde der Körper selbst das Gewebe säen, wenn es nur ein kleines Stück Gewebe ist, das Sie ersetzen", theoretisiert Wang. "Sie werden keine Immunprobleme haben, und weil Sie dieses biomimetische Gerüst haben, das näher am nativen Gewebe ist, wäre Heilung besser und der Körper würde es als normales Gewebe erkennen."
Die Technik, die auf dem 168. Treffen der Acoustical Society of America vom 27. bis 31. Oktober 2014 im Indianapolis Marriott Downtown Hotel, IN, vorgestellt wurde, könnte viele Türen für die regenerative Medizin öffnen.
Wangs aktuelle Untersuchungen drehen sich um die Dezellularisierung von Nieren- und Lebergewebe von Großtieren. Zukünftige Arbeiten für das Team umfassen die Vergrößerung der Größe des dezellularisierten Gewebes und die Bewertung ihrer in-vivo regenerativen Wirksamkeit.
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