Зачастую в медицинской практике врачи сталкиваются с неизлечимыми дефектами у пациентов. После тяжёлых травм или при врождённых дефектах, таких как волчья пасть, кости могут уже не восстановиться, что существенно влияет на внешность человека. Чтобы свести к минимуму последствия повреждений в таких случаях, учёные создали меняющий форму материал, который можно имплантировать прямо в костную ткань.
В своём докладе на 248-м ежегодном собрании Американского химического сообщества исследователи рассказали о своей разработке. Материал, словно губка, сам принимает нужную форму, и расширяется до необходимых размеров под воздействием тёплой солёной воды (соответствующей по составу внутренней среде организма человека). Помимо физического исправления дефектов, материал может послужить каркасом для роста новой костной ткани.
В настоящее время наиболее распространённым методом, использующемся для заполнения трещин в черепно-челюстно-лицевой области, является аутотрансплантация. Это процесс, при котором хирурги забирают донорскую ткань у самого пациента, после чего пересаживают её на повреждённый участок. Перед пересадкой необходимо придать трансплантату форму дефектной области, что всегда связано с определённым риском и сложностями.
"Основная проблема заключается в том, что аутотрансплантат является жёстким материалом, и потому ему крайне трудно придать неправильную форму. К тому же, то место, откуда пересаживается костная ткань, само по себе становится более подверженным различного рода травмам", — поясняет ведущий автор исследования Мелисса Грунлан (Melissa Grunlan) из Техасского университета.
Другой подход заключается в использовании шпатлёвки для костей или особого цемента. В данном случае имеются другие недостатки: материал при затвердевании становится хрупким и уязвимым, к тому же он не позволяет естественной костной ткани организма восстанавливаться.
Чтобы создать достойную замену двум этим методикам, Грунлан и её коллеги разработали полимер с памятью формы, который принимал бы форму дефекта, но не становился бы хрупким. Геометрия 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 кусок пемзы. 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 человека материал вновь становится жёстким, не теряя своей прочности.
Грунлан и её коллеги также покрыли "губку" слоем из клейкого вещества полидофамина. Он позволяет буквально прилепить имплантат к кости, а также спровоцировать синтез естественной ткани. Когда костная ткань организма вновь прорастёт по каналам "губки", материал не нужно будет удалять, поскольку он выполнен из полностью биоразлагаемых веществ.
В рамках эксперимента учёные ввели человеческие образующие кость клетки остеобласты 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 методике на добровольцах.
Также по теме:
Костные трещины будут залечивать шёлковыми винтами
Имплантаты смогут работать на протяжении всей жизни человека
Инъекции пластика уменьшают повреждения сердца после приступа
Биологические имплантаты будут растворяться внутри тела
Мягкий экзоскелет поможет больным с параличом конечностей
