Новий гідрогель допомагає кісткам рости без трансплантації чи імплантів

Коли кістка сильно ламається — перелом занадто важкий, щоб загоїтися самостійно, або щілина, що залишається після видалення пухлини — хірурги стикаються з низкою недосконалих варіантів.

Вони можуть:

• взяти кістку з іншої частини тіла пацієнта, що є болісною процедурою, яка залишає постійний дефект на донорському місці;
• використовувати металеві або керамічні імплантати, які є механічно міцними, але жорсткими та біологічно інертними;
• заповнити щілину донорською кістковою крихтою, яка підходить для менших порожнин, але не може відновити великі сегменти.

«Немає нічого в плані лікування великої кісткової щілини, що дало б те, що ви називаєте біологічним загоєнням», тобто новою, живою, васкуляризованою кісткою, а не інертним наповнювачем, сказав Лукас Нюстром.

Новий підхід

Зараз команда ETH Zürich розробила потенційне рішення, яке зовсім не схоже на традиційний імплантат:

гідрогелевий каркас, виготовлений з:

• 97% води
• 3% полімеру

Його можна надрукувати лазером у структури, достатньо тонкі, щоб імітувати мікроскопічну архітектуру кістки. У дослідженні, опублікованому показано, що клітини, що утворюють кістку, легко колонізували каркас і почали виробляти колаген — ключовий будівельний блок природної кістки.

Ідея використання желатинового матеріалу для відновлення чогось такого механічно складного, як кістка, звучить нелогічно. Але дослідники взяли приклад з того, як організм загоюється.

Новий гідрогелевий каркас, виготовлений на 97% з води, сприяє росту кісток без трансплантатів чи імплантатів. Цей інноваційний підхід імітує природне загоєння кісток, потенційно революціонізуючи лікування важких переломів та дефектів кісток.

Біологічне підґрунтя

«Біологія загоєння переломів кісток завжди починається з дуже м’якого, фактично гідрогельподібного матеріалу», — сказав Сяо-Хуа Цінь.

Коли кістка ламається, організм спочатку формує м’яку, проникну гематому — каркас, який:

• приваблює імунні клітини
• доставляє поживні речовини
• залучає клітини-попередники кістки

Згодом ця структура мінералізується у тверду кістку.

Цінь пояснив, що цей процес відповідає закону Вольфа: кістка, яка несе навантаження, зміцнюється, а відсутність навантаження призводить до її ослаблення.

Жорсткі імплантати суперечать цьому принципу, тоді як гідрогель:

• може деформуватися на 40–50%
• не руйнується під навантаженням

Навіть окістя — тканина, критично важлива для загоєння — має гідрогелеподібні властивості.

Хімічна проблема вирішена

Команда використала двофотонну полімеризацію — технологію, що дозволяє створювати тривимірні структури з точністю до 500 нм. Попередні методи вимагали високої концентрації полімеру (20–50%), що робило матеріал занадто жорстким.

Рішенням стало створення макромолекулярного тіолу — нової зв’язуючої молекули, яка:

• стабільна у воді
• має кілька реакційних центрів

Це дозволило створити структури:

• зі швидкістю до 400 мм/с
• з концентрацією полімеру лише 3%

Біологічна інтеграція

Щоб клітини взаємодіяли з гідрогелем, його модифікували пептидом RGD.

Це дозволило:

• остеобластам прикріплюватися
• колонізувати каркас
• виробляти колаген

без ознак токсичності in vitro.

Ідея — створити імплантат, який не просто заповнює дефект, а керує клітинною поведінкою.

Довга дорога до клініки

Результати in vitro є багатообіцяючими, але ще не готові до клінічного застосування.

Ключові питання:

• чи відбудеться васкуляризація
• чи буде мінералізація
• чи сформується повноцінна кісткова тканина
• чи не виникне запальна реакція

Наступний етап — дослідження на тваринах.

Дослідники працюють над створенням індивідуальних імплантатів, які:

• відповідають геометрії дефекту
• враховують стан пацієнта

Можливе поєднання з терапіями, такими як кістковий морфогенетичний білок 2.

Обговорюється, чи потрібне засівання клітинами.

Безклітинні каркаси:

• простіші у виробництві
• легші в регуляції

Але мають ризик недостатньої регенерації.

ДЖЕРЕЛО: Medscape

На платформі Accemedin багато цікавих заходів! Аби не пропустити їх, підписуйтесь на наші сторінки! Facebook. Telegram. Viber. Instagram.