Живые клетки секретируют волокнистые белки и полисахаридные гели, называемые внеклеточным матриксом, которые поддерживают выживание клеток и прочность тканей. Незначительные мышечные повреждения влияют на клетки ткани, но не на внеклеточные компоненты.
Однако при тяжелых травмах внеклеточный матрикс не функционирует должным образом и не может инициировать процесс заживления. Разработанные «имитаторы мышц» обеспечивают молекулы, необходимые для регенерации.«Когда значительный объем мышц теряется, физические и химические сигналы, обеспечиваемые внеклеточным матриксом, отсутствуют, и объемная потеря мышц вместо этого замещается рубцовой тканью», — сказал Джеффри Вулчок, доцент кафедры биомедицинской инженерии.Грант позволит Волчоку и его исследовательской группе создать биоматериалы, имитирующие мышцы, используя клеточный подход, и протестировать регенеративные способности материала.
«Подобно сбору меда у пчел, мы собираем внеклеточный матрикс, секретируемый клетками, и соединяем его для создания биоматериала», — сказал Волчок.Волчок выращивает клетки внутри пористой пены. Эти клетки секретируют внеклеточный матрикс в поры пены. Затем пену можно принести в жертву или растворить в растворителе, так что останется только внеклеточный матрикс.
«Мы можем использовать технику жертвенной пены для создания инженерного каркаса, имитирующего мышцы, способного регенерировать поврежденные скелетные мышцы», — сказал Волчок.Одним из примеров, когда эта регенерация может помочь, являются травмы вращательной манжеты плеча. Каждый год врачи оперируют 400 000 травм вращательной манжеты плеча, и примерно один из трех из этих пациентов повторяет операцию, потому что сухожилие, удерживающее мышцы вместе, снова разрывается.
Дегенерация жировой ткани после первоначальной травмы способствует послеоперационным разрывам сухожилий. Хирурги будут использовать биоматериал, имитирующий мышцы, для восстановления поврежденных скелетных мышц, включая мышцы вращающей манжеты.
Волчок сказал, что его искусственно созданный имитатор мышц может быть введен в поврежденную ткань напрямую или в сочетании со стволовыми клетками, полученными от пациента. Потенциально стволовые клетки и внеклеточный матрикс в мимике будут связываться с нативными клетками и стимулировать регенерацию здоровых мышц.
«Даже небольшое снижение количества отказов может исключить десятки тысяч повторных процедур и значительно снизить медицинские расходы, связанные с вращательной манжетой», — сказал Волчок.Волчок — главный исследователь лаборатории регенеративных биоматериалов Университета Арканзаса. Он изучает биоматериалы, полученные из клеток, тканевую инженерию, регенеративную медицину и биореакторы.
Он также исследует устройство медицинских устройств и влияние механической силы на поведение клеток.