Textilforscher bereiten Stammzellen zu Organgewebe vor
Veröffentlichungsdatum:Dem Organ Procurement and Transplantation Network zufolge starben 2022 fast 3.000 Menschen, während sie auf eine Organtransplantation warteten, und mehr als 100.000 Menschen stehen noch auf der Warteliste. Ein Forscher der North Carolina State University stellt sich eine Zukunft ohne Spenderorgane vor und legt den Grundstein für die Züchtung von Ersatzorgangewebe aus Stammzellen.
Jessica M. Gluck, Assistenzprofessor für Textiltechnik, Chemie und Naturwissenschaften im Wilson College für Textilien, untersucht Mikroumgebungen im menschlichen Körper. Diese Mikroumgebungen fördern Zellwachstum und -aktivität und haben je nach Körperstelle unterschiedliche physikalische und mechanische Eigenschaften.
Glucks Labor Experimente mit nanofaserigen Materialien, um Gerüste zu schaffen, die Stammzellen in den Körper übertragen können. Einem Individuum entnommene Zellen können im Wesentlichen in embryonale Stammzellen umprogrammiert werden. Die Stammzellen sind pluripotent, d. h. sie können sich zu jeder beliebigen Zelle im Körper regenerieren. Gluck und ihr Team verändern die Eigenschaften der nanofaserigen Gerüste, um bestimmte Mikroumgebungen nachzuahmen, was wiederum die Stammzellen dazu anregt, sich zu einem bestimmten Zelltyp zu entwickeln oder zu einem bestimmten Gewebe heranzuwachsen.
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Die in Glucks Labor durchgeführte Grundlagenforschung wird künftige angewandte Forschungen zur Reparatur und zum Wachstum von Organen unterstützen: Durch das Verständnis der Nuancen der Zellentwicklung können Forscher lernen, wie sie Krankheiten vorbeugen und neues Gewebe erzeugen können.
„Wir bräuchten weder Spenderorgane noch Spendergewebe. Die Menschen müssten sich keine Sorgen machen, dass ihr Körper transplantierte Organe abstößt“, sagte Gluck. „Von dieser Realität sind wir noch weit entfernt, aber ich denke, in den nächsten 20 Jahren werden wir sehen, dass dieser Prozess in der personalisierten Medizin praktikabler wird.“
Oberflächlich betrachtet klingen Textilien wie Socken und Handtücher. Wenn man die Branche als Ganzes betrachtet, sieht man Dinge, die aus Polymeren hergestellt werden, also so ziemlich alles.
Gluck und ihr Team experimentieren mit der Entwicklung von Gerüsten, die speziell die Mikroumgebungen des Herzens und der Hornhaut nachahmen. Die Forschung umfasst eine Mischung aus Textilien, Biomedizintechnik, Medizin und Maschinenbau. Gluck hat mit dem Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik und das Gemeinsame Abteilung für Biomedizintechnik um elektrische Ströme in Herzzellen zu untersuchen. Gluck ist auch Teil der Institut für Vergleichende Medizin, das interdisziplinäre Forschung und wissenschaftliche Entdeckungen fördert, um die Gesundheit von Mensch und Tier zu verbessern. Ein multidisziplinärer Ansatz ist für das Labor von entscheidender Bedeutung. https://www.youtube.com/embed/Zqqt39k9njg?feature=oembed&enablejsapi=1Pluripotente Stammzellen schlagen synchron auf ähnliche Weise wie Herzzellen.
Suh Hee Cook, Doktorandin im Programm für Faser- und Polymerwissenschaft, hatte Biomedizintechnik studiert, bevor sie ans Wilson College of Textiles kam. Sie hatten vor, in Biomedizintechnik zu promovieren, bevor sie erfuhren, dass Gluck Herzgewebe erforschte. Jetzt untersuchen sie, wie aus pluripotenten Stammzellen Herzmyozyten werden können.
„Wir sind an einem Punkt angelangt, an dem die Stammzellen wie Herzmyozyten schlagen, aber nicht so stark oder so synchron wie echte Myozyten“, sagte Cook. „Wir interessieren uns für leitfähige Materialien, da ein Herzschlag eine elektrische Sache ist. Während wir das Material herstellen, möchten wir sehen, wie die Zellen darauf reagieren und ob sie besser schlagen.“ https://www.youtube.com/embed/YiPnkXeIXWE?feature=oembed&enablejsapi=1 Suh Hee Cook gewann den Publikumspreis beim Three Minute Thesis-Wettbewerb der NC State.
Glucks Team experimentiert mit den mechanischen und physikalischen Eigenschaften des Nanofasergerüsts und verändert Dinge wie Proteinspiegel, Elastizität und Leitfähigkeit, um eine stabile Mikroumgebung zu schaffen, die der in bestimmten Organen ähnelt. Nasif Mahmood, ebenfalls Doktorand im Programm für Faser- und Polymerwissenschaften, untersucht die Reparatur der Augenoberfläche und entwickelt Gerüste, die dem Hornhautgewebe ähneln. Das Material muss transparent sein, damit es die Sicht nicht behindert, und es muss das Zellwachstum unterstützen.
Mahmood hat Textil- und Verbraucherwissenschaften studiert. Ursprünglich hatte er nicht vor, in den biomedizinischen Bereich einzusteigen, aber er war fasziniert von Glucks Arbeit mit pluripotenten Stammzellen.
„Ich hätte nie gedacht, dass ich hier diese Art von Forschung betreiben würde“, sagte Mahmood. „Biologie hat mir nie so viel Spaß gemacht. Ich komme aus der Textilbranche. Da wir eine Textilhochschule sind, gibt es in unseren Laboren viele faszinierende Dinge.“
„Oberflächlich betrachtet klingen Textilien wie Socken und Handtücher“, sagte Gluck. „Wenn man sich die Branche als Ganzes ansieht, sieht man Dinge aus Polymeren, also so ziemlich alles. Man sieht das Färben von Textilien. Die Branche ist unglaublich multidisziplinär.“
Diese Arbeit ist erst der Anfang lebensrettender Forschung.
„Wenn ich einen Schritt zurücktrete, denke ich: ‚Das ist irgendwie verrückt, zuzusehen, wie sich Stammzellen in Herzgewebe verwandeln und in einer Schale schlagen‘“, sagte Cook. „Der Prozess der wissenschaftlichen Entdeckung ist für mich sehr lohnend – ein Stück Wissen aufzudecken und es mit Wissenschaftlern zu teilen. Wir leisten diesen kleinen Beitrag, um unser Fachgebiet voranzubringen, und wir tragen dieses Stück Wissen bei, das die Medizin revolutionieren und vielen Menschen das Leben retten könnte.“
Originalquelle des Artikels: NC State Forschung und Innovation