Site Sponsors
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
Posted in | Nanofluidics

Putting Bakterier å jobbe som Tiny Weavers av nanoskala biomaterialer

Published on November 11, 2008 at 11:45 AM

To Virginia Tech ingeniører har satt bakterier til å arbeide som små vevere av biomaterialer og medisinske implantater. Paul Gatenholm og Rafael Davalos, fakultetet medlemmer med Virginia Tech Wake Forest University School of Biomedical Engineering, har utviklet en ny teknologi for styring av bevegelse av bakterier som produserer cellulose. Bruken av bakteriell cellulose (BC) for biomaterialer har vært begrenset fordi dens mekaniske egenskaper ikke kan kontrolleres utover tynne, fleksible lag. Oppfinnelsen gjør det mulig presis kontroll av den lille veverne slik at de kan bli ledet til former som vil støtte brusk og beinvev vekst og andre komplekse biomaterialer, ifølge Gatenholm.

FESEM bilder av Acetobacter Xylinum celler innebygd i og produsere cellulose nanofibers.

Akkurat som sommerfugler og edderkopper produserer fiber, så gjør Acetobacter xylinum bakterier. Om fem år siden, Gatenholm, deretter ved Chalmers University of Technology i Sverige, lurte på om han kunne kontrollere produksjonen av bakteriell cellulose og hvis materialet var biokompatibelt.

Han oppdaget at bakteriene ville skape fiber lag å passe en mal. "Materialet er mye som kollagen," den naturlige bindevevet produsert av kroppen, sa han. Han plasserte et frimerke-størrelse stykke f.Kr. materiale under huden på en rotte, og var glad for å se at det ikke var noen infeksjon og ingen avvisning. "Det var veldig hyggelig integrasjon," sa Gatenholm.

"Fordi f.Kr. er omtrent 99 prosent vann, det er mykt og fleksibelt," sa han. "Den eneste ulempen var cellene ikke kunne passere gjennom, fordi det ikke var porøs. Så vi plasserte voks partikler på stillasene og bakterier snurret rundt dem, så vi smeltet voksen ut. "

For å møte det medisinske fellesskapet behov for små blodårer, hadde Gatenholm team ved Chalmers bakteriene produserer rør. Ved 2006 hadde forskerne utviklet en prosess for å lage rør av enhver størrelse eller form. Den svenske regjeringen gitt midler til skalere opp og Gatenholm og hans kolleger startet et selskap å produsere blodkar. Arterion (http://www.arterion.se/), nå gjør dyrestudier. (Gatenholm har startet for tre selskaper basert på sin forskning ved Chalmers University.)

"Nå er jeg klar til å se på hvilke ytterligere gode f.Kr. kan gjøre," sier Gatenholm, som sluttet Virginia Tech i fjor som professor i materialteknologi, affiliate av Virginia Tech Center for Healing biomaterialer, og en medhjelper fakultetet medlem med Wake Forest University Institute for regenerativ medisin.

Et mål er opprettelsen av brusk-spesifikt, opprettelse av stillasene som ville bli okkupert av chondrocytes - cellene som produserer brusk. "Vi ville bygge et porøst stillas i form av en nese eller ett øre som en struktur for chondrocytes å flytte inn - i kroppen, ikke i en bioreaktor. BC Stillaset ville være en del av healing prosessen. "

Et annet stort udekket medisinsk behov er en måte å erstatte store bein underskudd, for eksempel en bit av skallen, slik at folk slipper å ha metall implantater. Gatenholm foreslår å lage en BC stillas som inkorporerer hydroksyapatitt, mineral som inneholder kalsium og fosfor som er grunnlaget for bein. "Vi kan lage et materiale som gjør at benet helbredelsesprosessen å skje - eller stimulerer det."

Den trengte former kan opprettes ved hjelp f.Kr. med porøsitet som vil tillate den naturlige celler til å vokse, men utfordringen har vært mangel på kontroll av mekaniske egenskaper - stivhet nødvendig for brusk og bein stillaser.

Løsningen som presenteres seg selv når Gatenholm møttes Davalos, assisterende professor i ingeniørvitenskap og mekanikk, hvis forskning inkluderer celle mekanikk, MicroFluidics, og bruk av elektrisk strøm til å skape midlertidige porer i celleveggen og permanent porer som vil resultere i celledød. I prosessen med denne forskningen, oppdaget Davalos at han kunne kontrollere bakteriene bevegelse ved hjelp av elektriske felt.

I arbeidet Arbeidet er støttet av Virginia Tech Institute for Critical Technology og Applied Science, anvendt Gatenholm og Davalos denne kontrollen evnen til cellulose produserende bakterier og snart hadde dem skytteltrafikk frem og tilbake, som en nanoskala vevstol, montering cellulose lag i tilpassede tre- dimensjonale arkitekturer. "Nå kan vi ingeniør den nødvendige mekaniske egenskaper for å støtte micro-skala fluid flow og miljø for målet celler - chondrocytes, for eksempel - å feste seg og vokse. Den nanofibril innretting som i naturlig kollagen vev vil gi betraktelig bedre styrke og stivhet av stillaser, "sa Gatenholm.

Virginia Tech Intellectual Properties Inc. (www.vtip.org) har søkt om patent for Gatenholm og Davalos "dielectrophorectic microweaving" teknologi, som vil bli introdusert på den midtatlantiske Innovation Showcase fredag ​​14. november, på Hilton McLean Tysons Corner.

Et nytt selskap, BCGenesis (www.bcgenesis.org/) har vært etablert i Blacksburg, Virginia for å gi biokompatible materiale for helbredelse myk eller hard bindevev, som for eksempel bein grafts og cartlilage utskifting og andre ortopediske applikasjoner. Erik Gatenholm av Blacksburg vil bli konsernsjef.

Lær mer om Paul Gatenholm forskning her: http://www.sbes.vt.edu/people/faculty/primary/gatenholm.html

Last Update: 21. October 2011 01:03

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit