Ohren aus äpfeln? Versprechen биоинженеров erschrecken und begeistern gleichzeitig

Ein Durchbruch Für die Wissenschaft schöpft die Inspiration von überall her. Klebrige Platte mit den Bakterien hat uns das erste Antibiotikum — Penicillin. Die Verbindung von Hefen mit Platin-Elektrode unter Spannung bescherte uns leistungsstarke setzen das Medikament — Cisplatin. Dr. Andrew Pelling von der University of Отттавы schöpft Ihre radikalen Ideen aus der Science-Fiction-Klassiker «Little Shop of Horror». Insbesondere gefällt ihm die wichtigste Antagonist des Films: Kannibale pflanze «Aubrey-2».

Es ist etwas ähnliches wie eine pflanze mit außergewöhnlichen Eigenschaften eines Säugetiers, sagte Pelling auf der Konferenz Exponential Medicine in San Diego in dieser Woche. «Deshalb haben wir begonnen, sich zu Fragen: kann ich das im Labor wachsen?».

Das Ultimative Ziel Пеллинга, liegt natürlich nicht darin, zu beleben Science-Fiction-Monster. Stattdessen will er zu verstehen, ob gewöhnliche Pflanzen bieten die notwendige Struktur für die Substitution von menschlichen Geweben.

Blüte механобиологии

Der Anbau des menschlichen Ohres aus äpfeln mag seltsam erscheinen Prozess, aber es ist ein Ausgangspunkt Пеллинга besteht darin, dass die faserigen Innenleben auffallend ähnlich mikroumgebung, in denen in den Labors normalerweise angebaut биоинженерные menschliche Gewebe.

Für die Herstellung von Ersatz-Ohr, zum Beispiel, haben Wissenschaftler in der Regel schneiden oder drucken auf einem 3D-Drucker hohle gelenkendoprothesen aus teuren biokompatiblen Materialien. Sie sind dann geimpft menschliche Stammzellen in diese Struktur mühsam und versorgen es mit einem Cocktail von Wachstumsfaktoren und Nährstoffen, woraufhin die Zellen wachsen. Letztlich, über Wochen und Monate Inkubation, die Zellen verteilt und differenzieren sich in kutane Zellen auf dem Gerüst. Das Ergebnis ist биоинженерное Ohr.

Das Problem ist, dass die Eintrittsbarrieren sehr hoch: Stammzellen, Wachstumsfaktoren und Materialien für die Wälder — das alles teuer zu kaufen und schwer zu produzieren.

Aber ob diese Komponenten in der Realität?

«Wir denken oft an durch das PRISMA Biologie des Genoms oder Biochemie», sagt Pelling. Aber die Zellen und Gewebe-Komponenten, die lebendig sind — Sie werden gedehnt, komprimiert und verschoben, wodurch die mechanischen Kräfte, die wirken auf einander.

In einer Reihe von Experimenten, Pelling und andere festgestellt, dass diese mechanischen Kräfte sind nicht einfach ein Nebenprodukt der Biologie; vielmehr sind Sie grundlegend Regeln die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen der Zellen.

Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass jede Phase des Wachstums der Embryonen — «fundamentaler Prozess in der Biologie» — Sie regulieren und Steuern die mechanischen Informationen. Mit anderen Worten, die physikalischen Kräfte können zu ermutigen, die Zellen teilen sich und Wandern durch das Gewebe, denn unser genetischer Code leitet die Entwicklung des gesamten Körpers.

Im Labor Dehnung und die mechanische Stimulation der Zellen offenbar radikal Ihr Verhalten ändert. In einem Team aus den Analysen Пеллинга geschüttet Krebszellen auf Blatt Hautzellen, gewachsen auf dem Boden der Petrischalen. Krebszellen kommen zusammen in kleine Kugeln, wodurch eine klare Barriere zwischen микроопухолью und Zellen der Haut.

Aber wenn ein Team von Wissenschaftlern hat die gesamte zelluläre System in ein Gerät, das Sie leicht растягивало — Simulation der Atmung und Bewegung des Körpers — die Zellen des Tumors aggressiv geworden, dringt in die Schicht der Hautzellen.

«Hier gibt es keine Modifikation von Genen oder auch Biochemie. Es ist eine rein mechanische Wirkung», sagt Pelling. «Zwischen diesen Dingen gibt es eine grundlegende Verbindung».

Noch steiler: um mechanische Energie umgewandelt das Verhalten der Zellen, die aktive Bewegungen nicht erforderlich. Formen der mikroumgebung genug, um Ihre Handlungen zu lenken.

Zum Beispiel, wenn Pelling legte zwei Arten von Zellen in die physische Struktur mit Rillen, die Zellen самоотделились innerhalb weniger Stunden, und ein Typ stieg in den Rillen und die anderen auf den höheren Vorsprüngen. Nur das Gefühl die Form dieser geriffelten Oberfläche, Sie «lernten» und räumlich getrennt verlegt werden.

Also: nur mit einer Form, können Sie stimulieren die Zellen formung komplexe dreidimensionale Modelle.

Und hier hilft uns der Apfel.

Apple… oder Ohr?

Unter dem Mikroskop Mikromilieu des Apfels liegt im gleichen Maßstab der Länge, und dass die künstlichen Oberflächen für die Herstellung von Wild-Gewebe. Diese Entdeckung veranlasste die Wissenschaftler zu denken: vielleicht wirklich verwenden diese Struktur der Oberfläche von Pflanzen für die Züchtung von menschlichen Organen?

Um dies zu testen, nahmen Sie den Apfel und wusch alle seine pflanzliche Zellen, DNA und andere Biomoleküle. Blieben nur die faserigen Gerüste — Sie noch stecken Sie in den Zähnen. Wenn das Team hat nach innen menschliche und Tierische Zellen, die Zellen begannen zu wachsen und zu verbreiten.

Das Ergebnis Inspirierte, Wissenschaftler schneiden Sie einen Apfel in der Form eines menschlichen Ohrs und wiederholten Prozess höher. Nach ein paar Wochen die Zellen verteilt und verwandelt ein Stück Apfel in mjassistoje das menschliche Ohr.

Natürlich ist eine Form nicht ausreichen. Ersetzbare Stoff muss auch im inneren des Körpers, sich niederzulassen.

Dann Befehl eingepflanzt Apfel Wälder direkt unter die Haut der Maus. In nur acht Wochen gesunde Zellen Mäuse bevölkerten nicht nur die Matrix, sondern auch Nager Körper produzierte auch neue Blutgefäße, die dazu beigetragen haben, die Wälder zu Leben und zu gedeihen.

Ein биоинженерной Gewebe es gibt drei wichtige Eigenschaften: Sie ist sicher, Sie биосовместима und es wird aus nachwachsenden, ethisches Quelle.

«das Ding wird zu einem lebendigen Teil des Körpers, alsaufgewachsen im Apfel, und wir mussten einfach gehen in den Supermarkt», sagt Pelling.

der Übergang von der Theorie zur Praxis

Pelling vor allem schwärmt Sie Ihre Ergebnisse wegen der Einfachheit: für den Betrieb nicht erforderlich sind Stammzellen oder exotische Wachstumsfaktoren. Elegante Ansatz nutzt nur die physische Struktur der pflanze.

Derzeit ist das Team erweitert seine Arbeit bis zu drei wichtigen Bereichen Tissue-Engineering: Knorpel-Weichteile, Knochen, Rückenmark und Nerven. Die Bedeutung besteht darin, dass das zuordnen der spezifischen Mikrostruktur Pflanzen mit dem Tuch.

Und wozu beschränkt man sich auf den Körper, die uns die Natur gegeben hat? Wenn die Form der Wälder sind der einzige bestimmende Faktor Technik Gewebe oder Organ, warum nicht eine eigene Form?

Pelling bewaffnete sich mit dieser Idee und schuf eine Design-Firma, die Wälder betragen für drei verschiedene Arten von Ohren: gewöhnlichen menschlichen Ohren, den Spitzen Ohren, wie bei Spock, und wellig, die in der Lage sein in der Theorie zu unterdrücken oder verschiedene Frequenzen zu verbessern.

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