Como os andaimes podem ser usados para projetar ilhotas pancreáticas?

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As ilhotas pancreáticas são aglomerados de células que produzem hormônios como insulina e glucagon, que regulam os níveis de glicose no sangue. No entanto, em algumas doenças, como diabetes tipo 1, as ilhotas são danificadas ou destruídas, levando a açúcar elevado no sangue e complicações graves. Um tratamento potencial é transplantar ilhotas saudáveis de doadores ou de células-tronco para os pacientes, mas isso representa muitos desafios, como rejeição imunológica, suprimento limitado e baixa sobrevivência e função das ilhotas. É aqui que os andaimes, ou biomateriais que suportam o crescimento e a organização celular, podem desempenhar um papel fundamental na engenharia de ilhotas pancreáticas.

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1 O que são andaimes?

Os arcabouços são estruturas tridimensionais que mimetizam o ambiente natural das células, fornecendo-lhes pistas físicas, químicas e biológicas para orientar sua diferenciação, proliferação e maturação. Os andaimes podem ser feitos de materiais naturais ou sintéticos, ou uma combinação de ambos, e podem ter diferentes formas, tamanhos, porosidades e propriedades mecânicas. Os scaffolds também podem ser modificados com vários fatores, como fatores de crescimento, proteínas da matriz extracelular ou drogas, para melhorar a funcionalidade das células.

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Salil Batabyal

M.Sc Physics - DU || M.A Economics || IUAC || NPL || SINP || IIA || JEOL INDIA
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Scaffolds are like support structures for cells. They're 3D frameworks that copy the surroundings cells need. These structures give cells cues, like physical and chemical signals, to help them grow, change, and mature. Scaffolds can be made from natural or man-made materials, and they come in different shapes and sizes. Scientists can also tweak scaffolds by adding things like growth factors or proteins to make cells work better. Overall, scaffolds create a good environment for cells to do their job.

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2 Por que os arcabouços são importantes para as ilhotas pancreáticas?

As ilhotas pancreáticas são estruturas altamente complexas e delicadas, compostas por diferentes tipos de células que interagem entre si e com os vasos sanguíneos e nervos circundantes. Essas interações são essenciais para a secreção adequada e regulação dos hormônios. No entanto, quando as ilhotas são isoladas de seu tecido nativo, elas perdem sua arquitetura e viabilidade, tornando-se mais suscetíveis ao estresse, inflamação e apoptose. Os andaimes podem ajudar a preservar e restaurar a estrutura e a função das ilhotas, fornecendo um microambiente de suporte e proteção para as ilhotas, além de facilitar sua vascularização e inervação.

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Salil Batabyal

M.Sc Physics - DU || M.A Economics || IUAC || NPL || SINP || IIA || JEOL INDIA
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Pancreatic islets are like tiny communities of cells that work together in our pancreas. When we take these islets out of their natural home, they can get stressed and stop working well. Scaffolds act like a helpful framework, giving these islets a good place to live outside the body. The scaffolds protect and support the islets, making sure they keep their structure and function. It's like giving them a cozy and safe home, so they can continue doing their important job of regulating hormones.

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3 Como são projetados os andaimes para ilhotas pancreáticas?

Os arcabouços para ilhotas pancreáticas precisam atender a vários critérios, como biocompatibilidade, biodegradabilidade, permeabilidade e estabilidade mecânica. Eles também precisam ter dimensões e porosidade adequadas para acomodar as ilhotas e permitir a difusão de nutrientes, oxigênio e resíduos. Além disso, precisam ter propriedades superficiais que promovam a adesão e sobrevivência das ilhotas, além de impedir sua agregação ou descolamento. Além disso, precisam ter propriedades funcionais que estimulem a diferenciação e maturação das ilhotas e modulem sua resposta imune e inflamação.

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Salil Batabyal

M.Sc Physics - DU || M.A Economics || IUAC || NPL || SINP || IIA || JEOL INDIA
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Scaffolds for pancreatic islets must meet key criteria: be cell-friendly (biocompatible), break down naturally (biodegradable), allow easy passage of substances (permeable), and stay strong (mechanically stable). They should be the right size with tiny holes for islets, enabling nutrient and oxygen flow. The scaffold surface must support islet adhesion, prevent clumping, and promote islet growth. Additionally, these structures need features to regulate the islets' immune response and inflammation. In short, it's about creating an ideal environment for islets to thrive outside the body.

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4 Quais são alguns exemplos de arcabouços para ilhotas pancreáticas?

Existem muitos tipos de arcabouços que têm sido explorados para a engenharia de ilhotas pancreáticas, como hidrogéis, micropartículas, nanofibras e esponjas. Os hidrogéis são materiais macios e hidratados que podem encapsular as ilhotas e formar géis injetáveis que podem ser entregues no local desejado. Micropartículas são pequenas esferas que podem ser carregadas com as ilhotas e dispersas em uma suspensão que pode ser injetada ou implantada. As nanofibras são materiais finos e flexíveis que podem ser tecidos ou eletrofiados em esteiras ou malhas que podem envolver as ilhotas ou formar andaimes com poros. As esponjas são materiais porosos e elásticos que podem ser cortados ou moldados em formas que podem se encaixar nas ilhotas ou formar andaimes com canais.

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5 Quais são alguns desafios e oportunidades para andaimes para ilhotas pancreáticas?

Os arcabouços para engenharia de ilhotas pancreáticas ainda enfrentam muitos desafios, como otimizar as propriedades do arcabouço e os métodos de fabricação, melhorar a viabilidade e a função das ilhotas, melhorar a vascularização e inervação das ilhotas, reduzir a rejeição imunológica e a inflamação das ilhotas e ampliar a produção e o transplante dos andaimes. No entanto, também há muitas oportunidades para arcabouços para engenharia de ilhotas pancreáticas, como o desenvolvimento de novos materiais e técnicas, a integração de recursos biomiméticos e bioativos, a incorporação de funções inteligentes e responsivas e a combinação de arcabouços com outras tecnologias, como edição de genes, terapia com células-tronco ou imunomodulação.

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Sumit Singh

Sr. Associate specializing in Biotechnology, Biopharmaceuticals and Med-Tech IP strategy
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Ever since the Dr. Shinya Yamanaka of the Kyoto University, demonstrated cellular reprogramming using transcription factors that are now known as Yamanaka factors (include C-myc, GKLF/KLF4, Oct3/4 and Sox2) for inducing stemness in transformed cells (I.e. induced pluripotent stem-cells) that can later be transformed into beta-islet cells, I believe the focus is moving towards direct reprogramming of cells wherein one cell type can be transformed into some other cell type skipping the intermediate induced stem cell step. The potential seems to be tremendous and can be an approach towards in-situ organ regeneration, making bio printed organs obsolete.

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1 O que são andaimes?

2 Por que os arcabouços são importantes para as ilhotas pancreáticas?

3 Como são projetados os andaimes para ilhotas pancreáticas?

4 Quais são alguns exemplos de arcabouços para ilhotas pancreáticas?

5 Quais são alguns desafios e oportunidades para andaimes para ilhotas pancreáticas?

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