Gerry Koons, un doctorand / doctorand la Rice și Baylor College of Medicine, pregătește un bioreactor tipărit 3D pentru teste. (Credit: Jeff Fitlow / Rice)

O nouă tehnică crește osul viu pentru a repara leziunile cranio-faciale prin atașarea unui bioreactor imprimat 3D - practic, o matriță - la o coastă.

Celulele stem și vasele de sânge din coaste se infiltrează în materialul schelei din matriță și îl înlocuiesc cu os natural adaptat la pacient.

Bioinginerul Antonios Mikos, un pionier în domeniul ingineriei țesuturilor, și colegii săi au combinat tehnologiile pe care le-au dezvoltat pe parcursul unui program de zece ani. Scopul este de a avansa reconstrucția craniofacială, profitând de puterile naturale de vindecare ale corpului.

Cercetătorii au dezvoltat o tehnică de creștere a implanturilor osoase personalizate pentru a repara leziunile maxilarului din coasta pacientului. (Credit: Mikos Research Group)

Tehnica este dezvoltată pentru a înlocui tehnicile actuale de reconstrucție care utilizează țesuturi ale grefei osoase din diferite zone ale unui pacient, cum ar fi piciorul inferior, șoldul și umărul.

Înlocuitor osos

„O inovație majoră a acestei lucrări este folosirea unui bioreactor imprimat 3D pentru a forma os crescut într-o altă parte a corpului în timp ce primăm defectul pentru a accepta țesutul nou generat”, spune Mikos, profesor de bioinginerie și inginerie chimică și biomoleculară la Rice University și membru al Academiei Naționale de Inginerie și Academiei Naționale de Medicină.

„Studiile anterioare au stabilit o tehnică pentru crearea grefelor osoase cu sau fără propriul aport de sânge din osul real implantat în cavitatea toracică”, spune coautorul Mark Wong, profesor, președinte și director de program al departamentului de chirurgie orală și maxilo-facială cu Școala de stomatologie la Universitatea din Texas Health Science Center din Houston.

„Acest studiu a demonstrat că am putea crea grefe osoase viabile din materiale de înlocuire a oaselor artificiale. Avantajul semnificativ al acestei abordări este că nu este nevoie să recoltați propriul os al pacientului pentru a face o grefă osoasă, ci că pot fi utilizate alte surse non-autogene ”, spune el.

Tricotat și acoperit

Pentru a-și demonstra conceptul, cercetătorii au făcut un defect dreptunghiular în mandibule ale oilor. Au creat un șablon pentru imprimarea 3D și au imprimat o matriță implantabilă și un distanțier, ambele realizate din PMMA, cunoscut și sub numele de ciment osos. Scopul distanțierului este de a promova vindecarea și de a împiedica țesutul cicatricial să umple locul defectului.

Au scos suficient os din coasta modelului animal pentru a expune periostul, care a servit ca sursă de celule stem și vasculatură pentru a semăna materialul schelei din interiorul matriței. Grupurile de testare au inclus osul coastei zdrobit sau materiale sintetice de fosfat de calciu pentru a face schela biocompatibilă.

Matrița, cu partea nervurată deschisă pentru a crea o interfață strânsă, a rămas pe loc timp de nouă săptămâni înainte de a fi îndepărtată și transferată la locul defectului, înlocuind distanțierul. La modelele animale, noul os tricotat la țesutul vechi și moale a crescut în jurul și a acoperit locul.

De ce coaste?

Am ales sa folosim coaste, deoarece acestea sunt usor de accesat si o sursa bogata de celule stem si vase, care se infiltreaza in schela si cresc in nou tesut osos care se potriveste pacientului, spune Mikos. „Nu este nevoie de factori de creștere exogeni sau celule care ar complica procesul de aprobare de reglementare și transpunerea în aplicații clinice.”

Coastele oferă un alt avantaj. „Putem crește oase noi pe mai multe coaste în același timp”, spune coautorul Gerry Koons, un doctorand / doctorand la Rice și Baylor College of Medicine care lucrează în prezent în laboratorul Mikos.

Folosirea PMMA pentru matriță și distanțier a fost o decizie simplă, spune Mikos, deoarece a fost reglementată ca dispozitiv medical pentru aplicații biologice de zeci de ani. În cel de-al doilea război mondial, când avioanele de luptă foloseau parbrizele PMMA, medicii au observat că cioburile încorporate în piloții răniți nu au provocat inflamații și, astfel, au considerat-o benignă. În timp ce obiectivul inițial al studiului este de a îmbunătăți tratamentul rănilor pe câmpul de luptă, imaginea de ansamblu include și intervențiile chirurgicale civile.

Rezultatele apar în Proceedings al Academiei Nationale de Stiinte.

Despre Autori

Coautori suplimentari sunt de la Rice; Universitatea din Texas Health Science Center din Houston; Colegiul de Medicină Baylor; Synthasome, Inc., San Diego; și Centrul Medical al Universității Radboud, Olanda.

Institutul de Medicină Regenerativă al Forțelor Armate a finanțat cercetarea. Sprijin suplimentar pentru cercetare a venit de la Institutele Naționale de Sănătate, Fundația Științifică Osteo, Programul Scholars Scholars și Fundația Robert și Janice McNair.

Sursa: Rice University

carti_stiinta