News

Descoperire revoluţionară în medicină! Regenerarea oaselor după traume, intervenţii chirurgicale sau osteoporoză, obţinută în laborator

Implantat la șobolani cu defecte osoase, implantul a stimulat regenerarea osului, mai asemănătoare țesutului înconjurător decât multe alte modele de ultimă generație.
05.08.2021 | 14:02
Descoperire revoluţionară în medicină! Regenerarea oaselor după traume, intervenţii chirurgicale sau osteoporoză, obţinută în laborator
Un implant, noua speranță pentru regenerarea oaselor în urma traumelor, intervențiilor chirurgicale sau osteoporozei Foto: Colaj Fanatik
ADVERTISEMENT

Un implant regenerator creat de cercetătorii de la Universitatea din Nebraska Medical Center și Universitatea din Nebraska-Lincoln ar putea ajuta la repararea leziunilor adânci ale oaselor după traume fizice, intervenții chirurgicale sau osteoporoză.

Un implant, noua speranță pentru regenerarea oaselor în urma traumelor, intervențiilor chirurgicale sau osteoporozei

Echipa a dezvoltat un implant – sau schelă – biodegradabil, pe bază de nanofibre, al cărui design ar putea regenera mai bine osul prin ghidarea eficientă a migrației celulelor recuperatoare către locul leziunii.

ADVERTISEMENT

Când a fost implantat la șobolani cu defecte osoase, schela cilindrică a stimulat regenerarea osului care era mai densă, mai voluminoasă și mai asemănătoare țesutului înconjurător decât cea realizată de multe alte modele de ultimă generație.

Implantul a stimulat regenerarea chiar și fără ajutorul celulelor stem provenite din exterior sau așa-numiții factori de creștere, care ajută la promovarea vindecării, dar pot introduce, de asemenea, complicații de reglementare și efecte secundare care variază de la inflamație la formarea necontrolată de țesuturi.

ADVERTISEMENT

“Până în prezent, nu am găsit nici o schelă care să funcționeze mai bine decât al nostru”, a spus Jingwei Xie, profesor de chirurgie la UNMC și profesor de inginerie mecanică și de materiale la Universitatea din Nebraska-Lincoln. „Structura este cheia”.

Această structură originală provine dintr-o descoperire tehnologică recentă, condusă de Xie, care a transformat o abordare bidimensională promițătoare, dar limitată, într-o minune 3D.

Înainte de aceasta, a spus Xie, multe laboratoare au dezvoltat implanturi 2D realizate din nanofibre care au fost aliniate pentru a forma porii. În mod ideal, gândirea a mers, celulele stem ale măduvei osoase s-ar infiltra în acei pori și în cele din urmă ar forma țesuturi cu o arhitectură similară cu osul nativ, adiacent.

ADVERTISEMENT

Dar inginerii s-au luptat adesea să creeze pori suficient de mari sau suficient de organizați pentru ca celulele să treacă în mod constant și să formeze ulterior grămezi de țesut care alcătuiesc osul.

Ideea implantului a pornit de la un concept matematic

Așadar, inspirat de un concept matematic de liceu, Xie și-a propus să fabrice schele 3D cu pori mai mari, mai puțin întâmplători, mai navigabili. Conceptul, numit solidul revoluției, arată cum orice curbă 2D – un dreptunghi, un triunghi, un cerc – poate fi rotită în jurul unei axe pentru a forma un solid matematic.

Rotirea unui dreptunghi formează un cilindru, de exemplu, în timp ce un triunghi creează un con și un cerc face o sferă.

ADVERTISEMENT

Echipa lui Xie a aplicat principiul luând un covor dreptunghiular, la scară milimetrică, de nanofibre stivuite, folosind căldura pentru a fixa un capăt împreună ca coloana vertebrală a unei cărți, apoi scufundând covorașul într-o soluție care a extins acele fibre.

În cele din urmă, capătul liber s-a extins pentru a forma un cilindru ale cărui nanofibre și porii asociați au pornit din centru, precum spițele unei roți.

Cercetătorii au bănuit că aspectul radial ar încuraja diferite tipuri de celule din întreaga zonă a leziunii să migreze spre centrul său, formând rețele de țesut în acest proces. Pentru a-l testa, au încorporat schelele radiale în spații cu os lipsă în partea superioară a craniilor șobolanilor, evaluând creșterea după patru și opt săptămâni.

ADVERTISEMENT

După ambele perioade de timp, implanturile aveau os regenerat care acoperea în mod substanțial mai multe locuri de leziune decât la grupul de control și un grup căruia i s-a implantat bureți de colagen, un implant utilizat în mod obișnuit.

Am descoperit ca nanofibrele aliniate radial pot îmbunătăți cu adevărat regenerarea osoasa în acest scenariu, în special a osului cranian, a spus Xie. “După primele patru săptămâni, în special, am văzut o diferență semnificativă. Poate începe să stimuleze regenerarea osoasă într-un interval de timp foarte scurt.”

Osul regenerat prezintă mai multe minerale, precum calciu, esențial pentru formarea sănătoasă a oaselor. A fost semnificativ mai dens și mai gros, ceea ce înseamnă că ar putea ajuta la abordarea simptomelor osteoporozei.

A crescut într-un aliniament radial foarte asemănător cu cel al schelei, sugerând că celulele urmăreau, de fapt, porii. Și când colegii europeni au efectuat simulări de stres mecanic pe baza creșterii rezultate, profilul osului regenerat a fost paralel cu cel al osului cranian sănătos, sugerând că primul ar putea rezista forțelor de compresie la fel de bine ca și cel din urmă.

Măduva osoasă cultivată pe implant, niveluri ridicate de factori de creștere

Pe lângă toate acestea, celulele măduvei osoase care au fost cultivate pe schela echipei prezentau niveluri naturale mai ridicate de factori de creștere multipli, inclusiv proteina morfogenetică osoasă 2 sau BMP-2 – o formă care a fost utilizată în combinație cu bureți de colagen pentru a stimula creșterea oaselor.

Alte abordări regenerative emergente – schele imprimate 3D, aerogeluri, hidrogeluri injectabile – încorporează adesea și BMP-2 provenit din exterior. Chiar și așa, cele testate pe șobolani nu au reușit să stimuleze creșterea, precum și designul echipei Nebraska, a spus Xie.

Promisiunea unui implant biodegradabil care poate stimula o astfel de creștere, fără agenți biologici externi, și-ar putea netezi drumul către obținerea în cele din urmă a aprobării de la Administrația SUA pentru Alimente și Medicamente, a spus el. De asemenea, echipa a fabricat implantul dintr-un poliester deja utilizat pe scară largă în dispozitivele biomedicale aprobate de FDA.

Dacă în cele din urmă se traduce într-un cadru clinic, implantul s-ar putea dovedi o alternativă atrăgătoare la abordări mai tradiționale, a spus Xie.

Acestea includ alogrefele, care constau în implantarea de fragmente osoase de la donatori și autogrefele, care presupun recoltarea unui segment de os din propriul corp și transplantarea acestuia la locul leziunii.  Acesta din urmă necesită mai multe operații și, printre alte probleme, poate reduce funcționalitatea oricărui os recoltat.

Pentru a ajuta la realizarea designului lor, Xie și colegii săi își îndreaptă acum atenția asupra testelor și experimentelor pe animale mari care implică oasele lungi – femurul, clavicula și altele asemenea. Și caută să rafineze în continuare ceea ce deja îl diferențiază.

“Încă încercăm să optimizăm structura”, a spus Xie. “În acest moment, poate îmbunătăți regenerarea osoasă, dar cred că încă o putem îmbunătăți în anumite moduri.”

Cercetătorii și-au detaliat recent descoperirile în revista Science Advances.

CITEȘTE mai multe articole interesante din categoriile NEWS, SPORT sau LIFE
A apărut noua revistă Taifasuri
  • Câștigă ACUM o Dacia Logan, 2.000 de euro și multe alte premii!
  • Nr. 850. 32 pagini + CD. Doar 10 lei!
A apărut noua revistă Taifasuri