RMIT: Создание мышц, развитие мозга и умопомрачительный мир исследований в области биотехнологий

Tuesday 10 May 2022

В исследовательской лаборатории мельбурнской больницы RMIT работает над тем, чтобы превратить биомедицинскую фантастику в реальность.

От биосинтетического мозга для прогнозирования эпилепсии до крошечных 3D-печатных имплантатов для восстановления мышц и костей — это исследования на самом грани того, что есть в медицине. возможно.

Но именно команда, стоящая за этими идеями – инженеры, эксперты по робототехнике и биологи, работающие с ведущими хирургами и клиницистами – определяет разницу между мечтой и мечтой. доставляю.

Профессор Роб Капса — ведущий исследователь RMIT в Центре медицинских открытий Эйкенхеда, где он возглавляет исследовательскую группу, использующую специально созданную биофабрику ACMD. лаборатория.

ACMD, базирующаяся в больнице Святого Винсента в Мельбурне, объединяет исследователей и врачей для поиска решений некоторых из наших крупнейших биомедицинских проблем.

Признавая жизненно важную роль центра, правительство Виктории дало зеленый свет на строительство специального объекта стоимостью 206 миллионов долларов для поддержки его дальнейшего роста.

Во-первых, что такое биотехнология и как она может изменить медицинское лечение?

По сути, речь идет о создании вещей, которые полностью интегрируются в наш организм для лечения, восстановления и восстановления функций.

В отличие от традиционных имплантатов, биофабрикаты и устройства могут практически имитировать феноменальную сложность живых тканей человека.

Биофабрикация сочетает в себе инженерию материалов, биологические науки, аддитивное производство, нанотехнологии и биомедицинские технологии здравоохранения.

Это открывает огромные возможности для создания структур для восстановления, замены и регенерации всего: от костей и мышц до мозга, суставов и соединительных тканей.

Например, исследователи работают над новыми биотехнологиями для восстановления разрушающихся костей у пожилых людей, разрабатывают индивидуальную саморегулирующуюся искусственную поджелудочную железу для людей с диабетом и создают замену мышц при травмах. пациентов.

Расскажите нам о биосинтетических «мозгах», которые вы создаете.

Когда вы пытаетесь понять, как работает мозг и как его исправить, если что-то идет не так, рассмотрение клеток на двумерных слайдах заводит вас далеко не так далеко. «Поэтому мы строим в трех измерениях, используя 3D-биопечать», — говорит профессор Капса.

«Мозги», которые мы делаем, крошечные, примерно 3 на 3 мм, но там достаточно функционирующего мозга, чтобы его можно было изучать и анализировать (кроме того, кора человеческого мозга имеет размер всего 3 мм). толстый).

Наши маленькие мозговые блоки состоят из клеток кожи, которые мы перепрограммируем в стволовые клетки, способные создавать нейроны. Блок «мозга» подвешивается в трехмерной коллагеновой матрице и надевается на массив электродов.

Используя электрическую стимуляцию или добавляя нейрохимические вещества, мы можем заставить нейроны активироваться. Электродная решетка записывает эту активность, имитирующую работу нервной системы, чтобы дать нам более подробную картину происходящего.

По сути, это персонализированные синтетические конструкции мозга, идеально подходящие для ученых, занимающихся изучением и лечением неврологических заболеваний.

Как эти «мозги» помогают нам в исследованиях эпилепсии?

Эпилепсией страдает 1 человек из 100, но мы знаем, что примерно у половины из них это заболевание развивается в более позднем возрасте, после травмы головного мозга, когда они были моложе.

Мы думаем, что это может быть связано с тем, что у некоторых людей есть генетическая предрасположенность, но сейчас мы не можем предсказать, кто может подвергнуться риску развития эпилепсии из-за травмы головы.

В этом исследовании мы сотрудничаем с неврологами Детского научно-исследовательского института Мердока, которые обнаружили генетическую мутацию, вызывающую эпилепсию, а также с неврологами больницы Святого Винсента. Мельбурн.

Мы берем клетки кожи у людей, у которых есть эта генетическая мутация, удаляем мутацию и выращиваем биосинтетический «мозг» из этих генетически отредактированных клеток. Для сравнения мы также делаем мозг из их «эпилепсиположительных», неотредактированных клеток.

Затем мы проверяем «мозг», который создаем из этих клеток, вызывая определенный уровень повреждения и проверяя, проявляются ли — и когда — они похожи на эпилептические. активность.

В конечном итоге мы стремимся к простому генетическому тесту, который мог бы определить, есть ли у вас вероятность развития эпилепсии в результате незначительной травмы головы, например, во время игры в футбол AFL или других спорт.

Как еще можно использовать эти «мозги» в будущем?

Наш биосинтетический «мозг» также будет использоваться для персонализированного моделирования неврологических расстройств.

Именно здесь «мозг», выращенный из собственных клеток пациента, может позволить клиницисту лучше понять его состояние, оптимизировать лечение и, в конечном итоге, даже прогноз.< /п>

Для RMIT эта работа открывает новые захватывающие возможности для проектирования, разработки, производства и внедрения биомехатронных гибридных устройств и систем.

В рамках исследований по разработке методов лечения мышечной дистрофии ваша команда впервые разработала метод «троянского коня», сочетающий в себе мышечную инженерию и редактирование генов. Как это работает?

Основная идея — взять клетки у людей с мутацией, вызывающей мышечную дистрофию, отредактировать мутацию, а затем вернуть эти клетки обратно в мышцу, чтобы она снова заработала.

Были клинические испытания регенеративной клеточной терапии, особенно терапии трансплантацией миобластов, но, к сожалению, они потерпели неудачу, поскольку имплантированные клетки не растут и не размножаются.

Отличие нашего подхода в том, что вместо прямой имплантации клеток мы защищаем их специальным желе, приготовленным из морских водорослей. Это «троянский конь» — кусок желе из морских водорослей с мышечными клетками, который легко усваивается организмом и затем позволяет здоровым клеткам «вторгнуться» в больные мышцы.

Наша методика приводит к невероятному распространению жизнеспособных мышечных клеток, а доклинические исследования на мышах показали, что из 10 000 клеток, которые мы изначально использовали, появилось несколько миллионов ядер. имплантат.

Какую роль 3D-печать и биопечать играют в работе вашей команды?

Нам в ACMD повезло иметь доступ к новейшим биотехнологиям и передовым производственным технологиям, включая специализированные биопринтеры, предназначенные для 3D-печати живых клеток, и биореакторы для 3D-культур клеток. Работа с этими технологиями существенно улучшает наше сотрудничество.

Например, в нашей работе мы используем процесс 3D-печати, называемый «электрописью расплава», чтобы стимулировать рост сосудистых сетей в искусственно созданных тканях. Эту систему также можно использовать в наших структурах моделирования тканей, чтобы они больше напоминали васкуляризированную ткань.

Но иногда наша работа связана не с новейшими технологиями, а с новым подходом к старым.

Исследователи из нашей команды перевернули традиционную 3D-печать для создания невероятно сложных биомедицинских структур в своей работе по восстановлению костей и тканей. Их нестандартный подход использует стандартные 3D-принтеры для создания крошечных имплантатов, которые могут поддерживать возобновление роста клеток.

Недавно мы также опубликовали рецепт создания мышц, в котором подробно описаны ингредиенты, оборудование и методы, необходимые для создания функциональной скелетной мышечной ткани.

Это итог нашей многолетней работы по совершенствованию методов биочернил и биопечати для создания жизнеспособных 3D-печатных конструкций скелетных мышц. Мы надеемся, что эта работа в конечном итоге позволит создавать мышцы для людей, перенесших мышечные заболевания и травмы.

Вы давно сотрудничаете с клиницистами и хирургами больницы Святого Винсента в Мельбурне. Как создание ACMD ускорило исследования вашей команды?

На протяжении десятилетий, пока наша команда разрабатывала подход к инженерии мышц и нервов, мы всегда тесно сотрудничали с клиницистами и хирургами для разработки реальных решений старых проблем здравоохранения, которые недостаточно решаются существующими технологии.

Наша работа – это не просто интересные идеи или теоретические возможности, а решение проблем, с которыми ежедневно сталкиваются врачи и, что еще важнее, пациенты.

Мы работаем напрямую с людьми, которые однажды будут использовать наши исследования в в своей клинической практике и в хирургических отделениях. Они делятся своими проблемами и тем, что им нужно, чтобы помочь своим пациентам.

И именно это мы и хотим, чтобы наше исследование было направлено на то, чтобы помочь людям.

Биосинтетический мозг, искусственные мышцы, троянские кони… некоторые из этих идей звучат почти как научная фантастика. Так когда же они смогут стать клинической реальностью?

Это правда, что то, что мы делаем, находится на переднем крае науки. Но передовые производственные технологии уже меняют жизнь пациентов, например первый в Австралии спинной имплантат, напечатанный на 3D-принтере.

Работа RMIT над этой инициативой привела к новым направлениям в разработке имплантатов следующего поколения для пациентов с раком кости, что является проектом ACMD.

Некоторые из наших наиболее продвинутых в клиническом отношении проектов могут быть реализованы через 5-10 лет, но мы все еще находимся на заре 3D-биопечати. революция.

Самое замечательное то, что наш совместный клинико-научный подход означает, что мы можем отказаться от непрактичных идей, которые никогда не смогут работать в реальной жизни, и сосредоточиться на исследованиях, которые имеют наибольший потенциал для воздействие.

Профессор Роб Капса возглавляет исследовательскую группу по биофабрикации и тканевой инженерии (BiTE) в RMIT.

Сеть BiTE, целью которой является объединение ученых и кандидатов наук, работающих в более широкой области биоинженерии в новых областях, ориентированных на BiTE, поддерживается платформами возможностей для продвинутых специалистов RMIT. Материалы, производство и изготовление, а также биомедицинское здоровье и инновации.

ACMD — первый в Австралии исследовательский центр биомедицинской инженерии на базе больницы, партнерами которого являются Больница Святого Винсента в Мельбурне, Университет RMIT, Мельбурнский университет, Австралийский католический университет, Технологический университет Суинберна, Университет Вуллонгонга, Австралия, Институт бионики, Институт Сент-Винсента и Центр исследований глаз Австралии.

Отрывок из новостей RMIT История: Гося Кашубская

Изучите RMIT Бакалавр Получите степень по биомедицинским наукам в Школе здравоохранения и биомедицинских наук, чтобы лучше оценить это новаторское исследование.

На этом гибком курсе вы приобретете широкое понимание анатомии, физиологии и патологии человека на основе клеточных на системный уровень.

Биомедицинская наука формирует основу нашего понимания того, как функционируют тела человека и животных, а также реакции организма на различные заболевания. физические упражнения, диета, внутренние нарушения и влияние окружающей среды.

Это широкая область науки, которая посвящена пониманию человеческого тела и тому, как оно взаимодействует с болезнями - как они возникают, что происходит и как мы можем их контролировать, лечить и предотвращать. Биомедицинские науки включают понимание анатомии и физиологии человека, а также биохимии.

Помимо фундаментального понимания биомедицинских наук у вас будет возможность выбрать специальные факультативы на последнем году обучения. Вы также получите представление о исследовательском процессе и опыт работы с современными технологиями, используемыми в биомедицинских исследованиях.