Травмы, врожденные дефекты (например, волчья пасть) или операции по удалению опухолей могут создавать дефекты кости, которые слишком велики, чтобы восстановиться естественным путём, это в свою очередь может изменить внешность человека. Чтобы свести к минимуму последствия повреждений в таких случаях, учёные создали новый материал, обладающий способностью приобретать необходимую форму, который можно имплантировать прямо в костную ткань.
Исследователи представили свою разработку в своём докладе на 248-м ежегодном собрании Американского химического сообщества (ACS). Этот новый материал, словно губка, принимает нужную форму и расширяется до необходимых размеров под воздействием тёплой солёной воды. Помимо физического заполнения дефектов материал может послужить каркасом для роста новой костной ткани.
В настоящее время наиболее распространённым методом, использующимся для заполнения трещин в черепно-лицевой области, является аутотрансплантация, при котором донорская ткань забирается у самого пациента, после чего её пересаживают на повреждённый участок. Перед пересадкой необходимо придать трансплантату форму дефекта, что может привести к серьёзным осложнениям.
«Основная проблема заключается в том, что аутотрансплантат является жёстким материалом, и потому ему крайне трудно придать неправильную форму, — поясняет ведущий автор исследования Мелисса Грунлан (Melissa Grunlan) из Техасского университета. — К тому же, то место, откуда пересаживается костная ткань, само по себе становится более подверженным различного рода травмам».
Второй метод заключается в использовании особого цемента для костей. В данном случае имеются другие недостатки: материал при затвердевании становится хрупким и уязвимым, к тому же он затрудняет и делает практически невозможным естественную репарацию кости.
В качестве достойной замены этим методикам Грунлан с соавторами (2014) разработали полимер с «памятью формы», который принимает форму дефекта, но не становится при этом хрупким. Геометрическая форма таких материалов меняется под воздействием тепла.
Учёные поначалу создали пористую пену из полимера, связав вместе молекулы поликапролактона — упругого биоразлагаемого вещества, которое уже используется при изготовлении некоторых медицинских имплантатов.
Полученный материал напоминал жёсткую губку, похожую на пемзу. Взаимосвязанные поры этого вещества позволяют костным клеткам мигрировать по каналам, за счёт чего в трансплантате может образовываться новая ткань.
При нагревании до 140 градусов по Фаренгейту (65 градусов по Цельсию) полимер становится гибким и податливым. Во время операции хирурги смогут нагревать имплантат до этой температуры и вставлять в повреждённую ткань мягкую губку. При последующем охлаждении до температуры тела материал вновь становится жёстким, не теряя своей прочности.
Грунлан с соавторами также покрыли «губку» слоем из клейкого вещества полидофамина. Он позволяет буквально прилепить имплантат к кости, а также инициирует естественный рост костной ткани. Когда остеоциты прорастают по каналам «губки», материал уже не нужно удалять, поскольку он полностью выполнен из биоразлагаемых веществ.
В рамках эксперимента учёные ввели человеческие остеобласты — предшественники, образующие клетки кости в каркас из нового материала с полидофаминовым покрытием. Результаты показали, что через три дня на каркасе с покрытием образовалось в пять раз больше костных клеток, чем на имплантате без покрытия. Кроме того, новые остеобласты производили больше белков runX2 и остеопонтина, которые необходимы для построения новой костной ткани.
В дальнейшем команда Грунлан планирует провести доклинические испытания своей разработки на животных, которые, как она предполагает, должны иметь большой успех. Если доклиническая практика завершится удачно, то в ближайшее десятилетие команда сможет приступить к испытаниям методики на добровольцах.
ПОДРОБНЕЕ В НАУЧНОЙ СТАТЬЕ:
Zhang, Dawei; George, Olivia J.; Petersen, Keri M.; Jimenez-Vergara, Andrea C.; Hahn, Mariah S. et al. A bioactive “self-fitting” shape memory polymer scaffold with potential to treat cranio-maxillo facial bone defects // Acta Biomaterialia — 2014
Ведущий специалист отдела организации клинических исследований, терапевт, врач ультразвуковой диагностики АО «СЗМЦ» (г. Санкт-Петербург), главный редактор, учредитель сетевого издания Medical Insider, а также автор статей
E-mail для связи – [email protected];
