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Posted in | Nanofluidics

Las bacterias poner a trabajar como tejedores diminutas de Biomateriales nanoescala

Published on November 11, 2008 at 11:45 AM

Dos Virginia Tech ingenieros han puesto las bacterias a trabajar como tejedores pequeña de biomateriales e implantes médicos. Pablo Dávalos Gatenholm y Rafael, miembros de la facultad con la Virginia de Wake Forest University Escuela Técnica de Ingeniería Biomédica, han desarrollado una nueva tecnología para controlar el movimiento de las bacterias que producen celulosa. El uso de celulosa bacteriana (BC) de biomateriales ha sido limitado debido a sus propiedades mecánicas no pueden ser controlados más allá de las capas delgadas y flexibles. La invención permite un control preciso de los tejedores pequeños para que puedan guiar a las formas que los cartílagos y el crecimiento del tejido óseo y otros biomateriales complejo, de acuerdo con Gatenholm.

FESEM imágenes de las células xylinum Acetobacter incrustado en la producción y nanofibras de celulosa.

Así como las mariposas y arañas producen fibras, también lo hacen las bacterias Acetobacter xylinum. Hace unos cinco años, Gatenholm, luego en Universidad Tecnológica de Chalmers, en Suecia, se preguntó si podría controlar la producción de celulosa bacteriana y si el material era biocompatible.

Él descubrió que la bacteria se crean capas de fibra para ajustarse a una plantilla. "El material es mucho como el colágeno," el tejido conectivo naturales producidos por el cuerpo, dijo. Luego puso un sello de correos del tamaño de los trozos de material antes de Cristo bajo la piel de una rata y se alegró de ver que no hay infección y el rechazo no. "Hubo una integración muy agradable", dijo Gatenholm.

"Debido a que AC es alrededor del 99 por ciento de agua, que es suave y flexible", dijo. "El único inconveniente fue el de células no podía pasar porque no era poroso. Por lo tanto, coloca las partículas de cera en los andamios y las bacterias se dio la vuelta, entonces nos derritió la cera. "

Para abordar la necesidad de la comunidad médica de los pequeños vasos sanguíneos, el equipo de Gatenholm de Chalmers tuvo la bacteria produce tubos. En 2006, los científicos han desarrollado un proceso para la creación de tubos de cualquier tamaño o forma. El Gobierno sueco proporcionó fondos para ampliar y Gatenholm y sus colegas comenzaron una empresa para producir los vasos sanguíneos. Arterion (http://www.arterion.se/), ahora está haciendo los estudios en animales. (Gatenholm ha empezado a tres empresas sobre la base de su investigación en la Universidad de Chalmers.)

"Ahora estoy listo para ver lo bueno BC adicional se puede hacer", dijo Gatenholm, quien se unió a Virginia Tech el año pasado como profesor de ciencias de los materiales y la ingeniería, la filial del Centro Tecnológico de Virginia para la curación de Biomateriales, y un profesor adjunto con la Universidad de Wake Forest Instituto de Medicina Regenerativa.

Uno de los objetivos es la creación de cartílago, específicamente, la creación de andamios que sería ocupada por los condrocitos - las células que producen cartílago. "Queremos construir un andamio poroso en forma de una nariz o una oreja como una estructura de los condrocitos para pasar a - en el cuerpo, no en un biorreactor. El andamio antes de Cristo sería parte del proceso de curación. "

Otra gran necesidad médica no cubierta es una manera de sustituir un gran déficit de hueso, como un pedazo de cráneo, por lo que la gente no tiene que tener los implantes de metal. Gatenholm propone la creación de un andamio antes de Cristo, que incorpora calcio hidroxiapatita, mineral que contiene fósforo y que es la base del hueso. "Podemos crear un material que permite que el proceso de cicatrización ósea a tener lugar - o incluso la estimula."

Las formas necesarias pueden ser creados usando aC con la porosidad que permiten a las células natural para crecer, pero el reto ha sido la falta de control de las propiedades mecánicas - la rigidez necesaria para el cartílago y los andamios de huesos.

La solución se presentó cuando se reunió Gatenholm Dávalos, profesor asistente de ciencias de la ingeniería y la mecánica, cuya investigación incluye la mecánica celular, microfluídica, y el uso de una corriente eléctrica para crear poros temporales en la pared celular y los poros permanente que tendrá como resultado la muerte celular. En el proceso de esta investigación, Dávalos descubrió que podía controlar el movimiento bacterias usando campos eléctricos.

En el trabajo de trabajo es apoyado por el Instituto Tecnológico de Virginia para la Tecnología Crítica y Ciencias Aplicadas, Gatenholm y Dávalos aplicar esta capacidad de control de la celulosa y las bacterias productoras de pronto había yendo y viniendo, como un telar a nanoescala, montaje de capas de celulosa en la medida de tres arquitecturas de dimensiones. "Ahora podemos diseñar las propiedades mecánicas necesarias para apoyar a micro-escala de flujo de fluidos y el medio ambiente de las células diana - condrocitos, por ejemplo - para unir y crecer. La alineación nanofibrillas como en el tejido colágeno natural mejorará considerablemente la resistencia y la rigidez de los andamios ", dijo Gatenholm.

Virginia Tech Intellectual Properties Inc. (www.vtip.org) ha solicitado una patente para Gatenholm y "dielectrophorectic microweaving" Dávalos "la tecnología, que será presentado en la Muestra de Innovación del Atlántico el viernes, 14 de noviembre en el Hilton McLean Tysons Corner.

Una nueva compañía, BCGenesis (www.bcgenesis.org/) se ha establecido en Blacksburg, Virginia, para proporcionar material biocompatible para la cicatrización del tejido conectivo blando o duro, como los injertos óseos y la sustitución cartlilage y otras aplicaciones ortopédicas. Erik Gatenholm de Blacksburg será el director general.

Más información acerca de la investigación Pablo Gatenholm está aquí: http://www.sbes.vt.edu/people/faculty/primary/gatenholm.html

Last Update: 7. October 2011 00:56

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