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Posted in | Nanofluidics

I batteri mettendo a lavoro come Tessitori Piccole Biomateriali Nanoscale

Published on November 11, 2008 at 11:45 AM

Due Virginia Tech ingegneri hanno sottoposto i batteri a lavorare come piccoli tessitori di biomateriali e impianti medici. Paolo Gatenholm e Rafael Davalos, membri di facoltà con il Virginia Tech Wake Forest University Scuola di Ingegneria Biomedica, hanno sviluppato una nuova tecnologia per il controllo del movimento dei batteri che producono cellulosa. L'utilizzo di cellulosa batterica (BC) per biomateriali è stata limitata perché le sue proprietà meccaniche non può essere controllato al di là strati sottili e flessibili. L'invenzione permette un controllo preciso dei tessitori piccoli in modo che possano essere guidati verso forme che sosterranno la crescita della cartilagine e del tessuto osseo e di altri biomateriali complesso, secondo Gatenholm.

Immagini FESEM di cellule xylinum Acetobacter incorporato in cellulosa e la produzione di nanofibre.

Proprio come le farfalle e ragni producono fibre, così fanno i batteri xylinum Acetobacter. Circa cinque anni fa, Gatenholm, poi Chalmers University of Technology in Svezia, si chiedeva se poteva controllare la produzione di cellulosa batterica e se il materiale è biocompatibile.

Ha scoperto che i batteri creerebbe strati di fibre per adattarsi a un modello. "Il materiale è molto simile collagene," il tessuto connettivo naturale prodotto dall'organismo, ha detto. Ha quindi posto un timbro di dimensioni pezzo di spedizione di materiale aC sotto la pelle di un topo ed è stato contento di vedere che non c'era nessuna infezione e rigetto. "C'è stato molto bello l'integrazione", ha detto Gatenholm.

"Perché BC è circa il 99 per cento di acqua, è morbido e flessibile," ha detto. "L'unico svantaggio era cellule non potrebbero passare attraverso perché non è stato poroso. Così abbiamo messo particelle di cera sui ponteggi e batteri girare intorno a loro, poi abbiamo sciolto la cera ".

Per far fronte a necessità della comunità medica per piccoli vasi sanguigni, il team di Gatenholm presso Chalmers aveva i batteri producono tubi. Entro il 2006, gli scienziati hanno sviluppato un processo per la creazione di tubi di qualsiasi dimensione o forma. Il governo svedese ha fornito finanziamenti per la scala e Gatenholm ei suoi colleghi fondò una società per la produzione di vasi sanguigni. Arterion (http://www.arterion.se/), ora sta facendo studi sugli animali. (Gatenholm ha avviato tre società basata sulla sua ricerca presso Chalmers University.)

"Ora sono pronto a guardare quali ulteriori aC bene può fare", ha detto Gatenholm, che si sono uniti Virginia Tech scorso anno come professore di scienza dei materiali e ingegneria, affiliato del Virginia Tech Center for Healing Biomateriali, e di un membro di facoltà con aggiunta la Wake Forest University Istituto di Medicina Rigenerativa.

Uno degli obiettivi è la creazione di cartilagine in particolare, la realizzazione di ponteggi che sarebbe stato occupato da condrociti - le cellule che producono cartilagine. "Vorremmo costruire una impalcatura poroso a forma di un naso o un orecchio come una struttura per i condrociti di trasferirsi in - nel corpo, non in un bioreattore. L'impalcatura aC avrebbe fatto parte del processo di guarigione. "

Un'altra grande necessità mediche insoddisfatte è un modo per sostituire il deficit ossei di grandi dimensioni, come ad esempio un pezzo di cranio, così la gente non dovrà avere impianti metallici. Gatenholm propone di creare un ponteggio aC che incorpora idrossiapatite, minerali contenenti calcio e fosforo, che è la base del tessuto osseo. "Siamo in grado di creare un materiale che permette il processo di guarigione dell'osso che si terrà - o addirittura stimola".

Le forme necessari possono essere creati utilizzando aC con la porosità che permettono alle cellule naturale a crescere, ma la sfida è stata la mancanza di controllo delle proprietà meccaniche - la rigidità necessaria per la cartilagine e osso ponteggi.

La soluzione si è presentata quando Gatenholm incontrato Davalos, assistente professore di ingegneria meccanica e scienze, la cui ricerca comprende la meccanica delle cellule, microfluidica, e l'uso di una corrente elettrica per creare pori temporanei nella parete cellulare e pori permanente che può provocare la morte delle cellule. Nel processo di questa ricerca, Davalos scoprì che poteva controllo del movimento dei batteri mediante campi elettrici.

Nel lavoro di lavoro è supportato dal Virginia Tech Istituto per le Tecnologie critici e Scienze Applicate, Gatenholm e Davalos applicata questa capacità di controllo per la cellulosa batteri produttori e presto li aveva la spola avanti e indietro, come un telaio su scala nanometrica, assemblando strati di cellulosa in costume a tre architetture dimensionale. "Ora siamo in grado di progettare le caratteristiche meccaniche necessarie per sostenere micro-scala flusso del fluido e l'ambiente per le cellule bersaglio - condrociti, per esempio - di allegare e crescere. L'allineamento nanofibril come nel tessuto collagene naturale migliorerà notevolmente la resistenza e la rigidità di ponteggi ", ha detto Gatenholm.

Virginia Tech Intellectual Properties Inc. (www.vtip.org) ha chiesto un brevetto per Gatenholm e Davalos '"dielectrophorectic microweaving" tecnologia, che sarà introdotto al Mid-Atlantic Vetrina dell'Innovazione per Venerdì 14 Novembre, presso l'Hotel Hilton McLean Tysons Corner.

Una nuova società, BCGenesis (www.bcgenesis.org/) è stato istituito a Blacksburg, in Virginia per fornire materiale biocompatibile per la guarigione morbido o duro del tessuto connettivo, come innesti ossei e la sostituzione cartlilage e altre applicazioni ortopediche. Erik Gatenholm di Blacksburg sarà l'Amministratore Delegato.

Ulteriori informazioni su ricerche Paolo Gatenholm qui: http://www.sbes.vt.edu/people/faculty/primary/gatenholm.html

Last Update: 7. October 2011 13:10

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