Ο Gerry Koons, MD/PhD φοιτητής στο Rice and Baylor College of Medicine, προετοιμάζει έναν τρισδιάστατο εκτυπωμένο βιοαντιδραστήρα για δοκιμές. (Πίστωση: Jeff Fitlow / Rice)

Μια νέα τεχνική μεγαλώνει ζωντανό οστό για να επιδιορθώσει τους τραυματισμούς των κρανιοπροσωπικών συνδέσεων, συνδέοντας έναν τρισδιάστατο τυπωμένο βιοαντιδραστήρα - βασικά, ένα καλούπι - σε μια πλευρά.

Τα βλαστικά κύτταρα και τα αιμοφόρα αγγεία από το πλευρό διεισδύουν στο υλικό της σκαλωσιάς στο καλούπι και το αντικαθιστούν με φυσικό οστό προσαρμοσμένο στον ασθενή.

Ο βιομηχανικός Αντώνιος Μίκος, πρωτοπόρος στον τομέα της μηχανικής ιστών και οι συνεργάτες του συνδύασαν τεχνολογίες που έχουν αναπτύξει κατά τη διάρκεια ενός δεκαετούς προγράμματος. Ο στόχος είναι να προωθηθεί η κρανιοπροσωπική αναδόμηση εκμεταλλευόμενη τις φυσικές θεραπευτικές δυνάμεις του σώματος.

Οι ερευνητές ανέπτυξαν μια τεχνική για να αναπτύξουν εμφυτεύματα οστών προσαρμοσμένα για να επιδιορθώσουν τους τραυματισμούς των γνάθων από το πλευρό ενός ασθενούς. (Πίστωση: Mikos Research Group)

Η τεχνική αναπτύσσεται για να αντικαταστήσει τις τρέχουσες τεχνικές ανασυγκρότησης που χρησιμοποιούν ιστούς μοσχεύματος οστών από διαφορετικές περιοχές ενός ασθενούς, όπως το κάτω μέρος του ποδιού, του ισχίου και του ώμου.

Υποκατάστατο οστών

"Μια σημαντική καινοτομία αυτού του έργου είναι η αξιοποίηση ενός βιοαντιδραστήρα με τρισδιάστατη εκτύπωση για να σχηματίσει κόκκαλο που έχει αναπτυχθεί σε άλλο μέρος του σώματος, ενώ προτείνουμε το ελάττωμα να δεχτεί τον ιστό που δημιουργήθηκε πρόσφατα", λέει ο Mikos, καθηγητής βιομηχανικής και χημικής και βιομοριακής μηχανικής στο Rice. Πανεπιστήμιο και μέλος της Εθνικής Ακαδημίας Μηχανικών και της Εθνικής Ακαδημίας Ιατρικής.

"Παλαιότερες μελέτες καθιέρωσαν μια τεχνική για τη δημιουργία μοσχευμάτων οστών με ή χωρίς τη δική τους παροχή αίματος από πραγματικό οστό εμφυτευμένο στην κοιλότητα του στήθους", λέει ο συντάκτης Mark Wong, καθηγητής, πρόεδρος και διευθυντής προγράμματος του τμήματος στοματικής και γναθοπροσωπικής χειρουργικής στο Σχολείο. Οδοντιατρικής στο Κέντρο Επιστήμης Υγείας του Πανεπιστημίου του Τέξας στο Χιούστον.

«Αυτή η μελέτη έδειξε ότι θα μπορούσαμε να δημιουργήσουμε βιώσιμα μοσχεύματα οστών από τεχνητά υποκατάστατα υλικά οστών. Το σημαντικό πλεονέκτημα αυτής της προσέγγισης είναι ότι δεν χρειάζεται να συλλέξετε το οστό ενός ασθενούς για να φτιάξετε ένα οστό μόσχευμα, αλλά ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν και άλλες μη αυτογενείς πηγές », λέει.

Πλεκτά και καλυμμένα

Για να αποδείξουν την ιδέα τους, οι ερευνητές έκαναν ένα ορθογώνιο ελάττωμα στις κάτω γνάθους των προβάτων. Δημιούργησαν ένα πρότυπο για τρισδιάστατη εκτύπωση και εκτύπωσαν ένα εμφυτεύσιμο καλούπι και ένα διαχωριστικό, και τα δύο κατασκευασμένα από PMMA, επίσης γνωστό ως τσιμέντο οστών. Ο στόχος του διαχωριστή είναι να προωθήσει τη θεραπεία και να αποτρέψει τον ουλώδη ιστό να γεμίσει το σημείο του ελαττώματος.

Αφαίρεσαν αρκετό κόκκαλο από το πλευρό του ζωικού μοντέλου για να εκθέσουν το περιόστεο, το οποίο χρησίμευσε ως πηγή βλαστοκυττάρων και αγγείων σε υλικό σκαλωσιάς μέσα στο καλούπι. Οι ομάδες δοκιμής περιελάμβαναν θρυμματισμένα οστά νευρώσεως ή συνθετικά υλικά φωσφορικού ασβεστίου για την κατασκευή του βιοσυμβατού ικριώματος.

Το καλούπι, με την πλευρά της πλευράς ανοιχτή για να δημιουργήσει μια σφιχτή διεπαφή, παρέμεινε στη θέση του για εννέα εβδομάδες πριν από την αφαίρεση και μεταφορά στη θέση του ελαττώματος, αντικαθιστώντας το διαχωριστικό. Στα ζωικά μοντέλα, το νέο οστό πλεκτό στον παλιό και μαλακό ιστό αναπτύχθηκε γύρω και κάλυψε την περιοχή.

Γιατί παϊδάκια;

«Επιλέξαμε να χρησιμοποιούμε νευρώσεις επειδή είναι εύκολα προσβάσιμα και μια πλούσια πηγή βλαστοκυττάρων και αγγείων, τα οποία διεισδύουν στο ικρίωμα και αναπτύσσονται σε νέο οστικό ιστό που ταιριάζει με τον ασθενή», λέει ο Mikos. «Δεν υπάρχει ανάγκη για εξωγενείς αυξητικούς παράγοντες ή κύτταρα που θα περιπλέκουν τη διαδικασία έγκρισης και τη μετάφραση σε κλινικές εφαρμογές».

Τα πλευρά προσφέρουν ένα άλλο πλεονέκτημα. «Μπορούμε δυνητικά να αναπτύξουμε νέο οστό σε πολλαπλά πλευρά ταυτόχρονα», λέει ο συγγραφέας Gerry Koons, φοιτητής MD / PhD στο Rice and Baylor College of Medicine που εργάζεται επί του παρόντος στο εργαστήριο του Mikos.

Η χρήση του PMMA για το καλούπι και το διαχωριστικό ήταν μια απλή απόφαση, λέει ο Mikos, καθώς έχει ρυθμιστεί ως ιατρική συσκευή για βιολογικές εφαρμογές εδώ και δεκαετίες. Στον Β 'Παγκόσμιο Πόλεμο, όταν τα μαχητικά αεροπλάνα χρησιμοποίησαν παρμπρίζ PMMA, οι γιατροί παρατήρησαν ότι τα θραύσματα που ήταν ενσωματωμένα σε τραυματίες πιλότους δεν προκάλεσαν φλεγμονή και έτσι το θεωρούσαν καλοήθεις. Ενώ ο αρχικός στόχος της μελέτης είναι να βελτιώσει τη θεραπεία των τραυματισμών στο πεδίο της μάχης, η μεγάλη εικόνα περιλαμβάνει και χειρουργικές επεμβάσεις πολιτών.

Τα αποτελέσματα εμφανίζονται στο Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών.

Σχετικά με τους Συγγραφείς

Πρόσθετοι συν-συγγραφείς προέρχονται από το Rice. το Κέντρο Επιστήμης Υγείας του Πανεπιστημίου του Τέξας στο Χιούστον · Baylor College of Medicine; Synthasome, Inc., Σαν Ντιέγκο; και Ιατρικό Κέντρο Πανεπιστημίου Radboud, Ολλανδία.

Το Ινστιτούτο Αναγεννητικής Ιατρικής των Ενόπλων Δυνάμεων χρηματοδότησε την έρευνα. Πρόσθετη υποστήριξη για την έρευνα προήλθε από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας, το Ίδρυμα Osteo Science, το Πρόγραμμα Υποτροφιών Barrow και το Ίδρυμα Robert και Janice McNair.

πηγή: Πανεπιστήμιο Rice

βιβλία_επιστήμη