Новий шлях загоєння переломів Santé Magazine
Переломи - одна з найпоширеніших травм: тому пошук рішення для швидшого загоєння та зменшення болю є основною проблемою охорони здоров’я.
Після аварії з квідичу Гаррі Поттер випиває чарівний напій для регенерації кісток руки за одну ніч! У нашому реальному світі використання гідрогелів відкриває шлях до ефективних методів терапії, що сприяють регенерації кісток. Це біоматеріали, що складаються з більш ніж 90% води.
Сподіваємось, гідрогелі будуть ефективнішими, ніж невдала магія.
Регенерація кісток стосується всіх нас у будь-який час, оскільки наші кістки постійно оновлюються. Ця чудова властивість нашого скелета дуже корисна для нас для загоєння простих переломів. Діти, для повного одужання досить декількох тижнів іммобілізації. Однак наші регенеративні можливості обмежені, і занадто великі переломи (кілька сантиметрів) не заживають спонтанно. Потім ми говоримо про «критичні» дефекти кісток. Вони можуть з’являтися в різний час нашого життя: під час сильної травми (ДТП) або після операції (видалення пухлини кістки, інфекції, вади розвитку тощо).
Недосконалі рішення для усунення критичних дефектів кістки ?
Сьогодні золотим стандартним лікуванням, яке пропонують лікарі, є заповнення критичного дефекту кістковою стружкою, взятою безпосередньо зі здорової ділянки пацієнта. На жаль, багато пацієнтів занадто слабкі, щоб переносити цю подвійну операцію або мають недостатній запас кісток. Тоді необхідні кісткові замінники.
Найбільш широко використовувані замінники кісток надходять із кісток, або від донора людини, або від великої рогатої худоби. Але використання цих природних замінників не запобігає ризику запалення та хронічного болю у пацієнта. Іноді процедура не вдається через втечу імунну відповідь: імплантований матеріал відхиляється.
Поліпшити лікування та зменшити біль
Для створення синтетичних матеріалів, які переносить організм людини, та сприяють відновленню кісток, необхідно поєднувати інженерію матеріалів та розуміння механізмів регенерації кісток. Виробничі витрати на продукт також повинні бути мінімізовані: на додаток до ефективного заповнення кісткового дефекту, ми повинні пам'ятати, що не копати нору соціального забезпечення далі! Дійсно, вибір недорогого лікування, яке ефективно компенсується медичним страхуванням, скоріше принесе найбільшу користь.
Саме враховуючи всі ці обмеження, дослідники зацікавились гідрогелями. Гідрогелі складаються з понад 90% води. Як зробити кістку з води? Окрім води, гідрогелі виготовляються з полімеру, природу якого можна вибрати для сприяння прийняттю людським організмом, це називається біосумісністю. Це може бути, наприклад, суміш пуллулану та декстрану, двох біосумісних та біорозкладаних цукрових полімерів. Крім того, пуллулан і декстран вже використовуються у фармацевтичній промисловості (покриття ліками та заміна плазми крові), що робить їх недорогими і вже перевіреними інгредієнтами для їх клінічного використання.
Після вибору гідрогелю складність полягає в оцінці та поліпшенні його терапевтичних властивостей. Отримання міцної кістки з м’якого матеріалу не відбувається за одну ніч !
Виробництво пористого гідрогелю шляхом ліофілізації
Попереднє формування гідрогелю є ключовим етапом. Пористу структуру з нішами можна отримати в процесі ліофілізації, що являє собою контрольоване зневоднення. Контроль цього процесу визначає структуру матеріалу і вимагає великих досліджень. Ніші, забезпечені зневодненим гідрогелем, зберігаються після імплантації у пацієнта, коли гідрогель наповнюється рідиною. Ці ніші колонізуються клітинами пацієнта. Взаємодія між клітинами пацієнта та структурою гідрогелю визначатиме прийнятність матеріалу, а також швидкість реконструкції кісток. Отже, сам пацієнт є актором для свого одужання! Цей підхід заснований на регенеративній медицині, метою якої є не заміщення кісткової тканини, а її регенерація.
Імплантація кісткового замінника при дефекті кістки
Для оптимізації пористої структури гідрогелю слід проводити випробування. Для цього випробування на тваринах є обов’язковим етапом перед тим, як встановлювати клінічні тести на людях. Однак ці експерименти на тваринах піднімають етичні питання, і нескінченну кількість пористих структур потенційно слід перевірити! Для того, щоб зменшити кількість досліджень, проведених на тваринах, лабораторні дослідження можна проводити вище за течією. Ці випробування повинні базуватися на штучній системі, яка здатна найкращим чином відтворити природні умови відновлення у тварин. Для цього геометрія пристрою, біохімія, механіка та біологічний стан клітин повинні бути досконало освоєні. Дослідники запропонували експериментальний реактор, який імітує фізіологічні умови дефекту кістки за допомогою контрольованих механічних напружень. Потім використання цього реактора дає змогу помножити випробування вище за течією, щоб обмежити використання експериментів на тваринах.
Цей реактор є предметом моєї дисертації. Культивовані кісткові клітини мишей використовуються як модель для вивчення організації клітин всередині гідрогелю. Клітини, що містяться в гідрогелі, чутливі до ножиць, викликаних потоком живильного середовища в реакторі. Це той же принцип, що і водний струменевий масаж у спа-центрі! У реакторі швидкість рідини, звичайно, набагато нижча! Але достатньо викликати навколо клітин місцеві ножиці. Інтенсивність цих ножиць можна визначити за допомогою чисельного моделювання. Мета полягає в забезпеченні швидкості рідини, яка забезпечить механічні умови, сприятливі для біологічного розвитку клітин у реакторі. Таким чином, метою є експлуатація реактора у фізіологічних умовах для вивчення в лабораторії основних властивостей гідрогелю, необхідних для відновлення кісток. Метою є запропонувати оптимізований склад гідрогелю.
Поєднуючи щадні методи експериментів з вибором економічного біоматеріалу, розробка терапевтичного розчину на основі гідрогелів для регенерації кісток має всі шанси відповісти на виклики ефективності, прибутковості та прийнятності, що вимагаються суспільством.
Ця стаття опублікована в журналі The Conversation під ліцензією Creative Commons. Прочитайте оригінальну статтю.