Команда опишет свой подход на 248-м Национальном собрании. Экспозиция Американского химического общества (ACS).В настоящее время наиболее распространенным методом заполнения дефектов костей головы, лица или челюсти (известного как черепно-челюстно-лицевая область) является аутотрансплантация. Это процесс, при котором хирурги извлекают кость из других частей тела, например, из бедренной кости, а затем пытаются придать ей форму, соответствующую дефекту кости.
«Проблема в том, что аутотрансплантат — это жесткий материал, которому очень трудно придать форму этим неправильным дефектам», — говорит Мелисса Грунлан, доктор философии, руководитель исследования. Кроме того, забор кости для аутотрансплантата может создать осложнения в том месте, где была взята кость.Другой подход — использовать костную замазку или цемент для заполнения зазоров. Однако эти материалы не идеальны.
Когда они затвердевают, они становятся очень хрупкими, и в них отсутствуют поры или небольшие отверстия, которые позволили бы новым костным клеткам проникнуть внутрь и восстановить поврежденную ткань.Чтобы разработать лучший материал, Грунлан и ее коллеги из Техасского университета AM создали полимер с памятью формы (SMP), который принимает форму костного дефекта, не будучи хрупким.
Он также поддерживает рост новой костной ткани.SMP — это материалы, геометрия которых изменяется в ответ на нагрев. Команда создала пористую пену SMP, соединив вместе молекулы поли (ε-капролактона), эластичного биоразлагаемого вещества, которое уже используется в некоторых медицинских имплантатах. Полученный материал напоминал жесткую губку со множеством взаимосвязанных пор, позволяющих костным клеткам мигрировать внутрь и расти.
При нагревании до 140 градусов по Фаренгейту SMP становится очень мягким и податливым. Таким образом, во время операции по восстановлению костного дефекта хирург может нагреть SMP до этой температуры и заполнить дефект размягченным материалом.
Затем, когда SMP охлаждается до температуры тела (98,6 градусов по Фаренгейту), он восстанавливает свою прежнюю жесткую текстуру и «фиксируется» на месте.Исследователи также покрыли SMP полидофамином, липким веществом, которое помогает закрепить полимер на месте, вызывая образование минерала, который находится в кости.
Это также может помочь остеобластам, клеткам, которые вырабатывают кость, прилипать и распространяться по полимеру. SMP является биоразлагаемым, так что в конечном итоге каркас исчезнет, оставив только новую костную ткань.Чтобы проверить, может ли каркас SMP поддерживать рост костных клеток, исследователи засеяли полимер остеобластами человека.
Через три дня SMP, покрытые полидофамином, вырастили примерно в пять раз больше остеобластов, чем без покрытия. Кроме того, остеобласты продуцировали больше двух белков, runX2 и остеопонтина, которые имеют решающее значение для образования новой кости.Грюнлан говорит, что следующим шагом будет проверка способности SMP излечивать дефекты черепно-челюстно-лицевой кости у животных. «Работа, которую мы проделали in vitro, очень обнадеживает», — говорит она. «Теперь мы хотели бы перейти к доклиническим и, надеюсь, клиническим исследованиям».
Исследователи подтверждают получение финансирования от Технической экспериментальной станции Техаса AM.