Artikel zur Langlebigkeit

Die Reparatur von Knochen durch Bioprinting wurde durch die Hinzufügung von Wachstumsfaktor-verstärkenden Genen verbessert

Die Reparatur von Knochen durch Bioprinting wurde durch die Hinzufügung von Wachstumsfaktor-verstärkenden Genen verbessert
  • Bioprinting von Knochen mit zwei Wachstumsfaktor-kodierenden Genen hilft bei der Eingliederung von Knochenzellen und der Heilung von Defekten im Schädel von Ratten. 

  • Diese Wachstumsfaktoren werden PDGF-B (Platelet-Wachstumsfaktor) genannt, der die Vermehrung und Migration von Zellen fördert, und BMP-2 (Bone Morphogenetic Protein), das die Migration von Stammzellen und dann die Umwandlung der Vorläuferzellen in Knochen unterstützt.

  • Ratten, die biogedruckte Gene mit kontrollierter Freisetzung des für BMP-2 kodierenden Gens erhielten, erlebten in sechs Wochen eine Knochengewebebildung von etwa 40 % und eine Knochenbedeckung von 90 % – im Vergleich zu nur 10 % neuem Knochengewebe und 25 % Knochenbedeckung bei Ratten mit demselben Defekt. aber keine biogedruckten Gene.

Dieser Artikel wurde auf EurekAlert.org veröffentlicht:

Mit genügend Zeit und Energie kann der Körper heilen, aber wenn Ärzte oder Ingenieure eingreifen, laufen die Prozesse nicht immer wie geplant ab, weil Chemikalien fehlen, die den Heilungsprozess steuern und erleichtern. Jetzt führt ein internationales Team von Ingenieuren einen Bioprinting von Knochen und zwei Wachstumsfaktor-kodierenden Genen durch, die bei der Integration der Zellen und der Heilung von Defekten in den Schädeln von Ratten helfen.

„Wachstumsfaktoren sind für das Zellwachstum unerlässlich“, sagte Ibrahim T. Ozbolat, außerordentlicher Professor für Ingenieurwissenschaften und Mechanik. „Wir verwenden zwei verschiedene Gene, die für zwei unterschiedliche Wachstumsfaktoren kodieren. Diese Wachstumsfaktoren helfen Stammzellen, in den Defektbereich einzuwandern, und helfen dann den Vorläuferzellen, sich in Knochen umzuwandeln.“

Die Forscher verwendeten ein Gen für PDGF-B, einen von Blutplättchen abgeleiteten Wachstumsfaktor, der Zellen zur Vermehrung und Migration anregt, und ein Gen für BMP-2, ein knochenmorphogenetisches Protein, das die Knochenregeneration verbessert. Sie lieferten beide Gene mittels Bioprinting.

„Wir nutzten eine kontrollierte gleichzeitige Freisetzung von Plasmiden aus einer genaktivierten Matrix, um die Knochenreparatur zu fördern“, erklärten die Forscher in der Zeitschrift Biomaterialien.

Ozbolat und sein Team betteten die DNA für das Protein in Plasmide ein – ringförmige DNA-Schleifen, die genetische Informationen transportieren können. Sobald die DNA in die Vorläuferzelle gelangt, beginnt diese mit der Produktion der entsprechenden Proteine, um das Knochenwachstum zu fördern.

Die beiden Gene wurden während einer Operation mit einem Gerät, das einem Tintenstrahldrucker sehr ähnlich ist, in ein Loch im Schädel einer Ratte gedruckt. Die Mischung wurde geschaffen, um innerhalb von 10 Tagen einen Ausbruch des für PDGF-B kodierenden Gens und für fünf Wochen eine kontinuierliche Freisetzung des für BMP-2 kodierenden Gens freizusetzen. 

Bei den Ratten, die biogedruckte Gene mit kontrollierter Freisetzung des für BMP-2 kodierenden Gens erhielten, kam es innerhalb von sechs Wochen zu einer Bildung von etwa 40 % Knochengewebe und einer Knochenbedeckung von 90 % im Vergleich zu 10 % neuem Knochengewebe und 25 % Knochenbedeckung bei Ratten mit dem gleichen Defekt, aber keine Behandlung.

„Diese Methode ist besser, als die Wachstumsfaktoren einfach wegzuwerfen“, sagte Ozbolat. „Wenn wir das machen, sind die Mengen an Proteinen endlich, aber wenn wir Gentherapie anwenden, produzieren die Zellen weiterhin die notwendigen Wachstumsfaktoren.“

Mit Ozbolat von der Penn State arbeiteten Kazim K. Moncal, Doktorand der Ingenieurwissenschaften und Mechanik; Gregory S. Lewis, Assistenzprofessor und Hwabok Wee, Postdoktorand für Orthopädie und Rehabilitation; Kevin P. Godzik, Bachelor in Biomedizintechnik: und Elias Rizk, außerordentlicher Professor für Neurochirurgie.

Zu den weiteren Mitwirkenden an der Forschung gehören R. Seda Tigli Aydin, ehemaliger Postdoktorand der Penn State University, jetzt an der Bulen-Ecevit-Universität in der Türkei; Dong N. Heo, ehemaliger Postdoktorand der Penn State University, jetzt an der Kyung-Hee-Universität, Südkorea; und Timothy M. Acri, ehemaliger Doktorand, und Aliasger K. Salem, Lyle und Sharon Bighley Stiftungslehrstuhl und Professor für Pharmazeutische Wissenschaften, University of Iowa.

Das Internationale Team für Implantologie, die National Institutes of Health, die National Science Foundation, die Osteology Foundation und der Scientific and Technological Research Council of Turkey unterstützten diese Arbeit.



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