Но металлические устройства могут иметь недостатки: поскольку они жесткие и неподатливые, они могут вызывать нагрузку на нижележащую кость. Они также представляют повышенный риск заражения и плохого заживления ран. В некоторых случаях металлические имплантаты необходимо удалить после заживления перелома, что потребует повторной операции. Резорбируемые фиксирующие устройства, изготовленные из синтетических полимеров, позволяют избежать некоторых из этих проблем, но могут создавать риск воспалительных реакций и их трудно имплантировать.
Теперь, используя чистый протеин шелка, полученный из коконов тутового шелкопряда, группа исследователей из инженерной школы Университета Тафтса и Медицинского центра диаконис Бет Исраэль (BIDMC) разработала хирургические пластины и винты, которые могут не только улучшить ремоделирование кости после травмы, но, что важно, также может со временем абсорбироваться организмом, что устраняет необходимость в хирургическом удалении устройств.Результаты, продемонстрированные in vitro и на модели грызунов, описаны в выпуске журнала Nature Communications от 4 марта.
«В отличие от металла состав шелкового протеина может быть похож на состав костей», — говорит соавтор исследования Сэмюэл Лин, доктор медицины из отделения пластической и реконструктивной хирургии BIDMC и доцент хирургии в Гарвардской медицинской школе. «Шелковые материалы чрезвычайно прочные. Они сохраняют структурную стабильность при очень высоких температурах и выдерживают другие экстремальные условия, и их можно легко стерилизовать».
С Лином сотрудничали соавтор и председатель кафедры биомедицинской инженерии Дэвид Каплан, доктор философии, лидер в использовании шелка для биомедицинских приложений, а также команда инженеров-биомедиков и инженеров-механиков.«Еще одним большим преимуществом шелка является то, что он может стабилизировать и доставлять биоактивные компоненты, так что пластины и винты из шелка действительно могут доставлять антибиотики для предотвращения инфекции, фармацевтические препараты для ускорения роста костей и другие терапевтические средства для поддержки заживления», — говорит Каплан. .Каплан и его команда ранее разработали губки, волокна и пену на шелковой основе для использования в операционной и в клинических условиях. Но до сих пор шелк не использовался при разработке прочного медицинского устройства для фиксации переломов.Исследователи Тафтса использовали протеин шелка, полученный из коконов тутового шелкопряда Bombyx mori (B. mori), для формирования хирургических пластин и винтов.
Вырабатываемый железами тутового шелкопряда, протеин шелка сложен сложным образом, что придает ему уникальные свойства исключительной прочности и универсальности.Для тестирования новых устройств исследователи имплантировали в общей сложности 28 шурупов на шелковой основе шести лабораторным крысам. Установка винтов была простой, и затем была проведена оценка через четыре недели и восемь недель после имплантации.
«Ни один винт не вышел из строя во время имплантации», — говорит Каплан, объясняя, что, поскольку шелк медленно набухает, новые устройства сохраняли свою механическую целостность даже при контакте с жидкостями и окружающими тканями во время операции. Результаты показывают, что использование шелковых пластин и винтов может избавить пациентов от осложнений, которые могут развиться при контакте металлических или синтетических полимерных устройств с жидкостями.
«Резорбируемая долговечная пластина и винтовая система могут иметь огромное применение», — говорит Линь. Первоначальная цель — использовать винты на основе шелка для лечения лицевых травм, число которых составляет несколько сотен тысяч ежегодно, но эти устройства могут применяться для лечения множества различных типов переломов костей.«Поскольку шелковые винты по своей природе рентгенопрозрачны [не видны на рентгеновских снимках], хирургу может быть легче увидеть, как развивается перелом в послеоперационном периоде, без каких-либо препятствий, связанных с металлическими устройствами», — добавляет Линь. «И наличие эффективной системы, в которой винты и пластины« расплавляются »после заживления перелома, может оказаться огромным преимуществом.
Мы очень рады продолжить эту работу на более крупных моделях животных и, в конечном итоге, в клинических испытаниях на людях».