Piezoelektrický „kostný obväz“ rýchlejšie hojí popraskané kosti
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 5. 2. 2024
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Výskumníci úspešne regenerovali poškodené kosti lebky u myší vytvorením voľne stojaceho biomimetického lešenia, ktoré kombinuje piezoelektrickú štruktúru a rast podporujúce vlastnosti prirodzene sa vyskytujúceho minerálu. Nový „kostný obväz“ má široké potenciálne využitie pre regeneráciu kostí a regeneratívnu medicínu všeobecne.
Piezoelektrické materiály generujú elektrický náboj v reakcii na aplikované mechanické namáhanie. Kosť je piezoelektrický materiál. Pretože má elektrické mikroprostredie, elektrické signály hrajú dôležitú úlohu v procese opravy kostí, čo môže účinne podporovať regeneráciu kostí. Regenerácia kostí je však zložitý proces, ktorý závisí od mechanických, elektrických a biologických komponentov.
Súčasné stratégie na regeneráciu kostí, ako sú štepy alebo skelety, ktoré uvoľňujú rastové faktory, majú obmedzenia, ako sú komplikácie na mieste darcu, obmedzená dostupnosť a vysoké náklady. Teraz výskumníci z Kórejského inštitútu pre pokročilú vedu a technológie (KAIST) vyvinuli priekopnícky prístup k regenerácii kostí, ktorý kombinuje piezoelektriku a minerál, ktorý sa prirodzene vyskytuje v kostiach.
Hydroxyapatit (HAp), minerál v kostiach a zuboch, hrá úlohu pri štrukturálnej pevnosti a regenerácii kostí. Bežne sa pridáva do zubnej pasty na remineralizáciu zubnej skloviny a posilnenie zubov. Štúdie zistili, že HAp zvyšuje osteogenézu (tvorbu kostí) a poskytuje lešenie pre nový rast kostí. Má tiež piezoelektrické vlastnosti a drsný povrch, vďaka čomu je ideálnym kandidátom na vytváranie lešení, na ktorých rastú kosti.
Výskumníci z KAIST teda vyrobili voľne stojace biomimetické lešenie integrujúce HAp do piezoelektrickej štruktúry polyvinylidénfluorid-co-trifluóretylénu (P(VDF-TrFE)), polymérneho filmu. Nezávislé lešenie, ktoré generuje elektrické signály pri aplikácii tlaku, odlišuje tento prístup od predchádzajúceho výskumu kombinujúceho HAp a P (VDF-TrFE), ktorý bol obmedzený na povlaky na kovovej protetike. Nový prístup výskumníkov poskytuje všestrannú platformu na regeneráciu kostí nad rámec aplikácií viazaných na povrch.
Porovnanie lešení s a bez HAp in vitro ukázalo, že prichytenie buniek na HAp lešeniach bolo o 10 % až 15 % vyššie. Po piatich dňoch kultivácie buniek bola proliferácia buniek o 20 % až 30 % vyššia a na HAp lešeniach boli približne o 30 % až 40 % vyššie úrovne osteogenézy. Zistenia naznačujú, že HAp maximalizuje piezoelektrické vlastnosti lešenia a vytvára prostredie podobné extracelulárnej matrici tela, nebunkovej zložke všetkých tkanív, ktorá poskytuje základnú fyzickú štruktúru a dôležité podnety potrebné na regeneráciu tkaniva.
Výskumníci potom testovali svoje lešenie HAp / P (VDF-TrFE) na laboratórnych myšiach a umiestnili ich na defekty v kostiach lebky zvierat (kalvária). Lešenie sa udržiavalo šesť týždňov bez deformácie. Všetky myši prežili, pričom neboli pozorované žiadne nežiaduce udalosti, vrátane žiadnej infekcie alebo zápalovej odpovede. Po dvoch, štyroch a šiestich týždňoch implantácie bola regenerácia kostí významne zvýšená u myší s HAp lešeniami v porovnaní s žiadnou tvorbou kosti v kontrolných skupinách.
„Vyvinuli sme piezoelektrický kompozitný materiál na báze HAp, ktorý môže pôsobiť ako „kostný obväz“ vďaka svojej schopnosti urýchliť regeneráciu kostí,“ povedal Seungbum Hong, jeden z príslušných autorov štúdie. „Tento výskum nielenže naznačuje nový smer navrhovania biomateriálov, ale je tiež významný pri skúmaní účinkov piezoelektriky a povrchových vlastností na regeneráciu kostí.“
Štúdia bola nedávno publikovaná v ACS Applied Materials & Interfaces.
