Джерри Кунс, студент MD / PhD в Медицинском колледже Райса и Бэйлора, готовит биореактор с отпечатком 3D для испытаний. (Фото: Джефф Фитлоу / Райс)
Новая техника выращивает живую кость для восстановления черепно-лицевых травм, прикрепляя биореактор с отпечатком 3D - в основном, плесень - к ребру.
Стволовые клетки и кровеносные сосуды из реберного инфильтрата скаффолдного материала в плесени и заменяют его натуральной костью, специально подобранной для пациента.
Биоинженер Антониос Микос, пионер в области тканевой инженерии, и его коллеги объединили технологии, которые они разработали в течение десятилетней программы. Цель состоит в том, чтобы продвинуть черепно-лицевую реконструкцию, используя естественные целебные силы тела.
Исследователи разработали методику выращивания специально подобранных костных имплантатов для восстановления повреждений челюстной кости от собственного ребра пациента. (Фото: Исследовательская группа Микос)
Эта методика разрабатывается, чтобы заменить современные методы реконструкции, в которых используются ткани костного трансплантата из разных областей пациента, таких как голень, бедро и плечо.
Костный заменитель
«Основным нововведением в этой работе является использование биореактора с печатью 3D для формирования кости, выращенной в другой части тела, в то время как мы устраняем дефект, чтобы принять новообразованную ткань», - говорит Микос, профессор биоинженерии, химической и биомолекулярной инженерии в Райсе. Университет и член Национальной инженерной академии и Национальной академии медицины.
«В более ранних исследованиях была разработана методика создания костных трансплантатов с собственным кровоснабжением или без него из реальной кости, имплантированной в грудную полость», - говорит соавтор Марк Вонг, профессор, председатель и программный директор отделения челюстно-лицевой хирургии в школе. стоматологии в Центре наук о здоровье Университета Техаса в Хьюстоне.
«Это исследование продемонстрировало, что мы можем создавать жизнеспособные костные трансплантаты из искусственных заменителей костей. Существенным преимуществом этого подхода является то, что вам не нужно собирать собственную кость пациента, чтобы сделать костный трансплантат, но можно использовать другие неавтогенные источники », - говорит он.
Трикотажные и покрытые
Чтобы доказать свою концепцию, исследователи сделали прямоугольный дефект в нижней челюсти овец. Они создали шаблон для печати 3D и напечатали имплантируемую форму и прокладку, обе из ПММА, также известные как костный цемент. Цель спейсера состоит в том, чтобы способствовать заживлению и предотвратить образование рубцовой ткани в месте дефекта.
Они удалили достаточно кости из ребра животной модели, чтобы обнажить надкостницу, которая служила источником стволовых клеток и сосудистой сети для посева материала каркаса внутри плесени. Тестируемые группы включали измельченную ребристую кость или синтетические материалы на основе фосфата кальция для изготовления биосовместимого каркаса.
Форма со стороной ребра, открытой для создания плотного интерфейса, оставалась на месте в течение девяти недель до удаления и переноса на место дефекта, заменяя прокладку. В моделях на животных новая кость, связанная со старой и мягкой тканью, росла вокруг и покрывала участок.
Почему ребра?
«Мы решили использовать ребра, потому что к ним легко получить доступ, и они являются богатым источником стволовых клеток и сосудов, которые проникают в эшафот и вырастают в новую костную ткань, соответствующую пациенту», - говорит Микос. «Нет необходимости в экзогенных факторах роста или клетках, которые могли бы усложнить процесс одобрения регулирующих органов и трансляции в клинические применения».
Ребра предлагают еще одно преимущество. «Мы можем потенциально вырастить новую кость на нескольких ребрах одновременно», - говорит соавтор Джерри Кунс, студент MD / PhD в Медицинском колледже Райса и Бэйлора, который в настоящее время работает в лаборатории Микоса.
Микос говорит, что использование PMMA для пресс-формы и распорки было простым решением, поскольку в течение десятилетий оно использовалось в качестве медицинского устройства для биологических применений. Во время Второй мировой войны, когда истребители использовали лобовое стекло ПММА, врачи заметили, что осколки, вставленные в раненых пилотов, не вызывали воспаление, и, следовательно, считали его доброкачественным. Хотя первоначальная цель исследования состоит в том, чтобы улучшить лечение травм на полях сражений, общая картина также включает в себя операции на гражданском населении.
Результаты появляются в Труды Национальной академии наук.
Об авторах
Дополнительные соавторы от Райс; Центр наук о здоровье Техасского университета в Хьюстоне; Медицинский колледж Бейлор; Synthasome, Inc., Сан-Диего; Университетский медицинский центр Radboud, Нидерланды.
Институт регенеративной медицины Вооруженных сил финансировал исследование. Дополнительную поддержку исследования оказали Национальные институты здравоохранения, Научный фонд Остео, Программа ученых Барроу и Фонд Роберта и Дженис Макнейр.
Источник: университет Райс
books_science
