Papier ist im Herzen ein experimentelles Gerät entwickelt von der Rice University Biotechnologen Kenntnisse zur Untersuchung von Herz-Krankheit.
Sie sind mit Papier-basierten Strukturen, die mimik die mehrschichtige Natur von aortenklappen, die robuste, flexible Gewebe, die halten Blut fließt durch das Herz nur in eine Richtung. Die Geräte ermöglichen die Ingenieure im detail zu untersuchen, wie Verkalkung Krankheiten verlangsamen oder zu stoppen Herz funktioniert.
Die Arbeit der Brown School of Engineering-team, detailliert in Acta Biomaterialia, zeigt, dass Kollagen-1, ein natürliches protein und Bestandteil der Ventile faserige extrazelluläre matrix scheint eine starke Assoziation mit Verkalkung, wenn es gefunden wird, außerhalb der gewohnten domain. Ventile gehärtet durch Kalkablagerungen sind weniger flexibel und verlieren Ihre Fähigkeit zur Abdichtung der Herz-Kammern.
„Wenn die Gewebe machen Sie eine Menge von überschüssigem Typ-1-Kollagen, es heißt Fibrose,“ sagte Reis bioengineer Jane Grande-Allen, wer leitete die Studie mit Reis Doktorand und führen Autor Madeline Monroe. „Fibrose passieren kann in vielen Arten von Gewebe, und es begleitet Verkalkung der aortenklappen-Erkrankungen (CAVD). Das bedeutet nicht unbedingt, collagen immer zu CAVD, aber auf jeden Fall fuhren die Verkalkung-linked-Phänotyp in den Zellen, die wir kultiviert werden.“
Kollagen bleibt im Allgemeinen in der valve fibrosa Schicht, einer von drei in jeder der drei Flugblätter, die eine Aortenklappe. (Die anderen Schichten der spongiosa und ventricularis.) Die Forscher vorbereitete Papier Schichten zur Unterstützung der Herz-Ventil Zellen eingebettet, entweder Kollagen oder Hyaluron, und entdeckt, dass, wenn die Kollagen-1-Proteine vorhanden sind, in mehreren Schichten, Verhalten sich die Zellen in einer Weise, dass würde letztlich dazu führen, mineralisierten Läsionen.
Grande-Allen sagte, die Schichten der extrazellulären matrix, die in einer gesunden Aortenklappe sind gut definiert. „In einer stärker pathologischen Zustand, das Kollagen ist nicht lokalisiert“, sagte Sie. „Es breitet sich aus. Unsere Modelle deuten nicht lokalisierte Kollagen beitragen könnte, um der Zelle die überexpression dieser Verkalkung der Faktoren.“
Die Rice-Forscher wollen wissen, wie das passiert. Sie brauchten einen Weg, um zu sehen, wie valve Zellen reagieren würde, um Kollagen, die sich durch eine dreidimensionale Gewebe und Allgemeine filter-Papier entpuppte sich als ein geeigneter stand-in. Was Sie nicht Aussehen wie eine Herzklappe, aber effektiv wirkt wie ein zu zeigen, wie sich Zellen vermehren sich durch eine Ventil-Schichten.
Herz-Ventil-Krankheit kann nicht behandelt werden, mit einer Pille doch, sagte Grande-Allen, die studiert hat-Ventil-Krankheit, die viel von Ihrer Karriere und berichteten über Papier-basierten Kulturen im Jahr 2015. Aktuelle Heilmittel, erfordern oft Ersatz für das Ventil mit menschlichen oder tierischen Spender Gewebe oder ein mechanisches Ventil. Aber die Fähigkeit, genau zu modellieren und manipulieren, alle Ebenen eines Ventils könnte helfen, entschlüsseln die Chemische Transaktionen bei Herzerkrankungen. Sie sagte, dass kann schließlich auch dazu führen, nicht-invasive Medikamente.
„Der erste Schritt war die Entwicklung von Modellen, die mimik, die Art der Zellen in die Ventile Verhalten sich die“ Grande-Allen, sagte. „Der nächste Schritt wäre zu sehen, wie Sie tatsächlich verkalken. Einmal in der hand, wir können starten, um zu testen, Chemikalien blockieren würden, dass verkalkungsprozess.“
Monroe, mit co-Autor und Reis Bachelor-Rebecca Nikonowicz und frühe Hilfen aus alumnus Matthäus Sapp, nahm Sie inspiration aus den Zellen-in-gels-in-Brunnen-filter-Papier-Kulturen verwendet, die an der Harvard University zu studieren Hypoxie in der Lunge-Krebs-Zellen.
Den Reis lab gestartet von 3D-Druck-polymer-Halter mit arrays von Löchern. Diese an Ort und Stelle gehalten Schichten von Papier hatte, wurden wir getränkt mit einem Wachs-Muster zu eliminieren übersprechen zwischen den offenen Kreise von filter-Papier. Die Kreise wurden dann gesättigt mit verschiedenen Kombinationen von faserigen Kollagen-1, Hyaluronsäure (die sich normalerweise in der spongiosa-Schicht) und Millionen von lebenden Zellen des Herzens, und die Platten wurden zusammengepresst innerhalb die Inhaber.
„Das modeling-system gibt uns die vollständige Kontrolle über eine Menge von verschiedenen Variablen,“ Monroe sagte. „Wir waren in der Lage zu erstellen, die verschiedene Stapel mit verschiedenen Kompositionen, basierend auf welche Komponenten wir setzen in jeder Schicht. Wir hatten stacks in der alle Lagen, alle waren Hyaluron, oder alle Kollagen, oder heterogen-stacks mit beiden Arten von Schichten.
„Dass lassen Sie uns sehen, wenn die Zellen verhielten sich anders, wenn gab es eine Zunahme in der Anzahl der Kollagen Ebenen“, sagte Sie.
Monroe bewertet die Zellen Verhalten im Laufe der Zeit durch die Analyse der protein-Marker, die Sie zum Ausdruck gebracht, insbesondere alpha-smooth muscle actin (aSMA), eine Runt-related transcription factor-2 (RunX2) und SRY-box 9 (Sox9), von denen alle Indikatoren für CAVD. Mit Hilfe eines high-throughput-Färbung und scan-Methode, mit der Gruppen von Vertiefungen erlaubt Sie zu schnell zu sammeln die Daten aus Dutzenden von Strukturen.
Die Daten lassen erkennen, dass valvuläre interstitielle Zellen, die Prinzipal-und die sonst so stabile Aortenklappe-Zell-Typ, wurde anfälliger für osteogenesis — Härten — in der Gegenwart mehr Schichten mit Kollagen-protein.
„Das Papier-Modell ist genial für das erlauben uns, die Vielseitigkeit und Flexibilität“, Grande-Allen, sagte. „Ich kenne keine andere Methode, die so leicht ermöglicht es uns, um zusammen unterschiedliche Schichten, leicht -, Kultur-Kombinationen, die zusammen, und dann nehmen Sie Sie auseinander und analysieren Sie so schnell.“