Gerry Koons, MD / tohtorikoulutettava Rice and Baylor College of Medicine, valmistelee 3D-tulostetun bioreaktorin testejä varten. (Luotto: Jeff Fitlow / Rice)

Uusi tekniikka kasvattaa elävää luuta korvata kraniofaasaaliset vammat kiinnittämällä 3D-painettu bioreaktori - pohjimmiltaan muotti - kylkiluuhun.

Ribin kantasolut ja verisuonet tunkeutuvat muottiin telineeseen ja korvaavat sen potilaalle sopivalla luonnollisella luulla.

Bioinsinööri Antonios Mikos, kudostekniikan edelläkävijä, ja hänen kollegansa yhdistivät tekniikat, joita he ovat kehittäneet kymmenen vuoden mittaisessa ohjelmassa. Tavoitteena on edistää kraniofaasista jälleenrakennusta hyödyntämällä kehon luonnollisia paranemisvoimia.

Tutkijat kehittivät tekniikan räätälöityjen luuimplanttien kasvattamiseksi leukaluun vammojen korjaamiseksi potilaan omasta kylkiluusta. (Luotto: Mikos Research Group)

Tekniikkaa kehitetään korvaamaan nykyiset jälleenrakennustekniikat, joissa käytetään luusiirrännäiskudoksia potilaan eri alueilta, kuten säären, lonkan ja hartioiden alueelta.

Luun korvike

"Tärkeä innovaatio tässä työssä on hyödyntää 3D-painotettua bioreaktoria muodostamaan luu, joka on kasvatettu kehon toisessa osassa, kun me korjaamme vian vasta syntyneen kudoksen vastaan", kertoo Riikan biotekniikan ja kemiallisen ja biomolekyylisen tekniikan professori Mikos. University of National Academy of Engineering ja National Academy of Medicine.

"Aikaisemmissa tutkimuksissa luotiin tekniikka luusiirteiden luomiseksi joko omalla verentoimituksellaan tai ilman sitä rintaonteloon implantoidusta luusta", sanoo koautori Mark Wong, professori, puheenjohtaja ja koulun suun ja leukakirurgiaosaston johtaja. hammaslääketieteen tohtori Texasin yliopiston terveystieteiden keskuksessa Houstonissa.

”Tämä tutkimus osoitti, että voimme luoda elinkelpoisia luusiirteitä luun keinotekoisista korvaavista materiaaleista. Tämän lähestymistavan merkittävä etu on, että sinun ei tarvitse hakea potilaan omaa luuta luusiirrännäisen tekemistä varten, vaan että muita kuin autogeenisiä lähteitä voidaan käyttää ”, hän sanoo.

Neulottu ja peitetty

Konseptinsa todistamiseksi tutkijat tekivät lammasten alaosaan suorakulmaisen vian. He loivat mallin 3D-tulostukseen ja tulostavat implantoitavan muotin ja välikappaleen, molemmat valmistettu PMMA: sta, joka tunnetaan myös nimellä luusementti. Välikappaleen tavoitteena on edistää paranemista ja estää arpikudosta täyttämästä vikakohtaa.

He poistivat tarpeeksi luuta eläinmallin kylkiluusta paljastaakseen periosteumin, joka toimi kantasolujen ja verisuonten lähteenä siementelinetelineelle muotin sisällä. Koeryhmiin sisältyi murskattua kylkiluuta tai synteettisiä kalsiumfosfaattimateriaaleja bioyhteensopivien telineiden valmistamiseksi.

Muotti, jonka kylkipuoli oli avoin tiukan rajapinnan luomiseksi, pysyi paikoillaan yhdeksän viikon ajan ennen poistamista ja siirtämistä vikakohtaan korvaamalla välike. Eläinmalleissa uusi, vanhaan ja pehmytkudokseen neulottu luu kasvoi ja peitti alueen.

Miksi kylkiluut?

"Valitsimme käyttää kylkiluita, koska niihin pääsee helposti ja ne ovat runsaasti kantasolujen ja verisuonten lähteitä, jotka soluttautuvat telineeseen ja kasvavat uuteen luukudokseen, joka vastaa potilasta", Mikos sanoo. "Ei ole tarpeen eksogeenisiä kasvutekijöitä tai soluja, jotka vaikeuttavat viranomaisten hyväksyntäprosessia ja siirtymistä kliinisiin sovelluksiin."

Kylkiluut tarjoavat toisen edun. "Voimme mahdollisesti kasvattaa uuden luun useille kylkiluille samanaikaisesti", sanoo Mikaen laboratoriossa työskentelevän Rice- ja Baylor University of Medicine -yliopiston jatko-opiskelija Gerry Koons.

PMOS: n käyttö muottiin ja välikappaleeseen oli yksinkertainen päätös, Mikos sanoo, koska sitä on säännelty lääketieteellisenä välineenä biologisissa sovelluksissa vuosikymmenien ajan. Toisessa maailmansodassa, kun hävittäjät käyttivät PMMA-tuulilaseja, lääkärit huomasivat, että loukkaantuneisiin lentäjiin upotetut sirut eivät aiheuttaneet tulehdusta, ja pitivät sitä siten hyvänlaatuisena. Vaikka tutkimuksen alkuperäinen tavoite on parantaa taistelukentän loukkaantumisten hoitoa, iso kuva sisältää myös siviilileikkaukset.

Tulokset näkyvät Proceedings of National Academy of Sciences.

Tietoja Tekijät

Muita kirjoittajia on Riisiltä; Texasin yliopiston terveystieteiden keskus Houstonissa; Baylor University of Medicine; Synthasome, Inc., San Diego; ja Radboud University Medical Center, Alankomaat.

Aseellisten voimien instituutti rahoitti tutkimusta. Lisätukea tutkimukselle saivat Kansalliset terveysinstituutit, Osteo Science Foundation, Barrow Scholars -ohjelma sekä Robert ja Janice McNair -säätiö.

Lähde: Rice University

books_science