Medical card
A bad doctor treats the disease, a good doctor treats the cause of the disease.
  • гепатит
  • Недели беременности

    Беременность по неделям

  • Сколько живут с диагнозом рак
  • Как рыбий жир может уменьшить воспаление

Имплант очень перспективен для регенерации костей.

2020-09-15 15:50:00

Его возможности могут не соперничать с Росомахой, но регенеративный имплант, разработанный исследователями из Медицинского центра Университета Небраски и Университета Небраски-Линкольн, может помочь восстановить глубокие повреждения костей после физической травмы, хирургического вмешательства или остеопороза.


Команда разработала биоразлагаемый имплантат на основе нановолокна или каркас, конструкция которого может лучше регенерировать кость за счет эффективного управления миграцией восстанавливающихся клеток к месту повреждения. При имплантации крысам с дефектами костей цилиндрический каркас способствовал регенерации кости, которая была более плотной, объемной и более похожей на окружающую ткань, чем это достигается с помощью многих других современных конструкций.


Имплант стимулировал регенерацию даже без помощи стволовых клеток извне или так называемых факторов роста , которые способствуют заживлению, но также могут вызывать регуляторные осложнения и побочные эффекты, которые варьируются от воспаления до неконтролируемого образования ткани.


«Пока что мы не нашли никаких строительных лесов, которые могли бы работать лучше, чем наши», - сказал Цзинвэй Се, профессор хирургии в UNMC и любезный профессор механики и материаловедения в Университете Небраски-Линкольн. «Структура - это ключ».


Эта структура подписи является результатом недавнего инженерного прорыва, возглавляемого Се, который превратил многообещающий, но ограниченный двухмерный подход в трехмерное чудо.


До этого, по словам Се, многие лаборатории разрабатывали 2D-имплантаты из нановолокон, которые были выровнены для образования пор. Идея заключалась в том, чтобы стволовые клетки костного мозга проникли в эти поры и, в конечном итоге, образовали ткани с архитектурой, подобной природной прилегающей кости. Но инженеры часто изо всех сил пытались создать поры большого размера или достаточно организованные, чтобы клетки могли постоянно проходить через них и впоследствии образовывать усики ткани, из которых состоит кость.


Итак, вдохновленный школьной математической концепцией, Се решил изготавливать трехмерные каркасы с более крупными, менее случайными и более удобными для навигации порами. Концепция, называемая телом вращения, показывает, как любую двумерную кривую - прямоугольник, треугольник, круг - можно вращать вокруг оси, чтобы сформировать математическое тело. Например, вращение прямоугольника образует цилиндр, тогда как треугольник образует конус, а круг образует сферу.


Команда Се применила этот принцип, взяв прямоугольный коврик миллиметрового размера из уложенных друг на друга нановолокон, используя тепло, чтобы скрепить один конец вместе, как корешок книги, а затем погрузить коврик в раствор, расширяющий эти волокна. В конце концов свободный конец развернулся, образуя цилиндр, нановолокна которого и связанные поры расходились из центра, как спицы колеса.


Исследователи подозревали, что радиальная компоновка будет стимулировать различные типы клеток со всего места повреждения мигрировать к его центру, образуя при этом сети ткани. Чтобы проверить это, они встроили радиальные каркасы в углубления отсутствующей кости в верхней части черепа крыс, оценив повторный рост через четыре и восемь недель.


В обоих временных точках радиальные каркасы имели регенерированную кость, которая покрывала значительно больше участков повреждения, чем в контрольной группе и группе, имплантированной коллагеновыми губками, обычно используемым имплантатом.


«Мы обнаружили, что радиально выровненные нановолокна могут действительно улучшить регенерацию кости в этом сценарии, особенно черепной кости», - сказал Се. «В частности, в первые четыре недели мы увидели значительную разницу. Это может способствовать регенерации костей в очень короткие сроки».


Регенерированная кость содержит больше минералов, таких как кальций, необходимых для формирования здоровой кости. Он был заметно плотнее и толще, что означало, что он может помочь устранить симптомы остеопороза. Он рос в радиальном направлении, очень похожем на каркас, что позволяет предположить, что клетки на самом деле следовали за порами. И когда европейские коллеги провели моделирование механического напряжения на основе результирующего роста, профиль регенерированной кости соответствовал профилю здоровой черепной кости, намекая, что первая может выдерживать сжимающие силы примерно так же, как вторая.


Вдобавок ко всему, клетки костного мозга, которые были культивированы на каркасе команды, имели естественно более высокие уровни множества факторов роста, включая костный морфогенетический белок 2 или BMP-2 - форма которого использовалась в сочетании с коллагеновыми губками для стимуляции рост костей. Другие появляющиеся регенеративные подходы - каркасы, напечатанные на 3D-принтере, аэрогели, инъекционные гидрогели - также часто включают BMP-2 из внешних источников. Даже в этом случае те, которые были подвергнуты тесту на крысах, не смогли стимулировать рост, как и дизайн команды Небраски, сказал Се.


По его словам, обещание биоразлагаемого имплантата, который может стимулировать такой рост сам по себе, без каких-либо внешних биологических агентов, может облегчить его путь к получению в конечном итоге одобрения Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США. Также работает в его пользу: команда изготовила имплант из полиэстера, уже широко используемого в биомедицинских устройствах, одобренных FDA.


По словам Се, если он в конечном итоге будет применен в клинических условиях, имплант может оказаться привлекательной альтернативой более традиционным подходам. К ним относятся аллотрансплантаты, которые состоят из имплантации костных фрагментов от доноров, и аутотрансплантаты, которые влекут за собой извлечение сегмента кости из собственного тела и трансплантацию его в место повреждения. Последнее требует нескольких операций и, среди прочего, может снизить функциональность любой кости, которую собирают.


По словам Се, в недавнем эксперименте команды можно было предварительно просмотреть первое прямое применение имплантата.


«В конце концов, идея состоит в том, что, возможно, мы сможем создать продукт, который по сути представляет собой просто цилиндрический каркас, уделяя основное внимание приложениям в нейрохирургии», - сказал он. «Потому что во многих нейрохирургических операциях им нужно просверлить отверстие в черепе перед проведением операции. А после этого им нужно исправить это отверстие».


Чтобы помочь перенести свою конструкцию со скамейки на прикроватную тумбочку, Се и его коллеги сейчас тренируют свои глаза на испытаниях и экспериментах на крупных животных, включающих точно названные длинные кости - бедренную кость, ключицу и тому подобное. И они хотят доработать то, что уже отличает его.


«Мы все еще пытаемся оптимизировать структуру», - сказал Се. «Прямо сейчас это может улучшить регенерацию костей, но я думаю, что мы все еще можем улучшить это определенными способами».


Исследователи недавно опубликовали свои выводы в журнале Science Advances .

Оставьте комментарии и отзывы!

Используйте нормальные имена. Ваш комментарий будет опубликован после проверки.

(обязательно)