Классы Розалин Эбботт, от горнолыжных склонов до девочек-скаутов, с годами эволюционировали, но ее любовь к обучению и открытиям остается неизменной. В любой день ее можно найти, интегрируя биоматериалы, а именно шелк, с методами тканевой инженерии в своей лаборатории или преподает вводные инженерные курсы для студентов бакалавриата в Университете Карнеги-Меллона. Последнее исследование ее группы открыло новое открытие – шелковые леса чувствительны к ультразвуку.
Шелк – это безопасный, уникальный и универсальный природный биоматериал, который успешно используется для заживления ран и тканевой инженерии хрящей, сухожилий и тканей связок. Его можно легко извлечь из нескольких источников, чаще всего из кокона Bombyx mori, и оттуда переработать в различные форматы, включая гели, каркасы и пленки.
"Мы называем шелк «чистым листом», потому что он может использоваться во многих различных областях," объяснил Эбботт, доцент кафедры биомедицинской инженерии. "Вы можете не только изменить механические свойства шелка, но и отрегулировать скорость его разрушения, или, другими словами, насколько быстро или медленно шелковый материал для строительных лесов разрушается в организме при замене его новой тканью."
Лаборатория Abbott использует шелк для создания депо жировой (жировой) ткани для заполнения дефектов мягких тканей и моделирования заболеваний. Эта работа вписывается в более широкую область тканевой инженерии или практики объединения каркасов, клеток и биологически активных молекул в функциональные ткани. В конечном итоге цель состоит в том, чтобы собрать функциональные конструкции, которые восстанавливают, поддерживают или улучшают поврежденные ткани или целые органы.
В настоящее время не существует метода определения скорости регенерации пациента до имплантации биоматериала, равно как и способа отрегулировать деградацию после имплантации материала. Пациенты регенерируют ткани с разной скоростью, в зависимости от таких факторов, как возраст, статус питания, болезненное состояние, образ жизни, пол и т. Д. Несоответствие скорости регенерации и деградации биоматериала приводит к несоответствующим иммунным ответам и плохому заживлению имплантата.
В недавней работе, опубликованной в Advanced Healthcare Materials, группа Abbott исследовала использование неинвазивного терапевтического ультразвука для запуска и корректировки деградации шелкового каркаса после имплантации. Они показали, что воздействие ультразвука может успешно снизить вес, увеличивая при этом пористость шелковых каркасов, не влияя на здоровье или метаболизм клеток в тканях. Они также отслеживали деградацию каркаса с помощью ультразвуковой визуализации в качестве доказательства концепции, что клиницист может отслеживать деградацию и при необходимости корректировать свойства каркаса по требованию.
Эти результаты клинически актуальны для подходов к тканевой инженерии, при которых имплантируются шелковые биоматериалы для восстановления структуры, в то время как ткани медленно врастают в пространство и заменяют материал каркаса.
Затем группа Abbott планирует исследовать и протестировать более широкий спектр профилей разложения, чтобы в конечном итоге создать более чувствительные биоматериалы. Меган ДеБари, ведущий автор недавнего доклада Advanced Healthcare Materials и кандидат MSE.D. студент в лаборатории Abbott, ищет стартап-компанию для дальнейшего развития этого подхода через инновационное сотрудничество с Центром предпринимательства Карнеги-Меллона в Шварце.
В долгосрочной перспективе Abbott работает над разработкой персонализированной платформы для биоматериалов, на которой деградацию биоматериалов можно регулировать с помощью сфокусированного ультразвука после регулярного наблюдения за процессом выздоровления пациента.
"Один из аспектов преподавания и исследований, который меня вдохновляет, – это постоянная стойкость и упорство студентов, с которыми мне выпала честь работать," поделился Эбботт. "Это не для слабонервных, но у меня было такое полезное общение со своими учениками, и разнообразие – важный аспект этого. Независимо от того, выступаю ли я или другой эксперт на одном из моих занятий, для меня важно, чтобы мои ученики видели в классе свою версию себя, представленную руководством."