Травмы, врожденные дефекты (например, волчья пасть) или операция по удалению опухоли могут повредить кость так, что сама она не зарастет. И когда это происходит в пределах головы, лица или челюсти, костные дефекты могут резко изменить внешность человека. Исследователи сообщили, что они разработали «подстраивающийся» материал, который расширяется под воздействием теплой соленой воды, чтобы точно заполнить костные дефекты и выступает в качестве каркаса для роста костей.
Команда доложила свой подход к реконструкции лица на двести сорок восьмом Национальном собрании и выставке Американского химического общества (ACS).
В настоящее время наиболее распространенным методом для заполнения костных дефектов черепа и челюсти (кранио-максилло-фациальной области) является аутотрансплантации. Это процесс, при котором хирурги вырезают кость из других частей тела, например из бедра, а затем попытаться сформовать ее, чтобы она соответствовала костному дефекту.
«Проблема в том, что аутотрансплантат представляет собой жесткий материал и его трудно формовать», говорит Мелисса Грунлан, руководитель исследования. Кроме того, удаляя часть кости для аутотрансплантата можно создать сложности на том месте, где она была изъята.
Другой подход заключается в использовании цемента для заполнения пробелов. Тем не менее, эти материалы не идеальны - они становятся очень хрупкими, когда затвердевают, и им не хватает наличия пор или маленьких отверстий, которые позволили бы новым костным клеткам двигаться и восстанавливать поврежденную ткань.
Чтобы разработать лучший материал, Грунлан и ее коллеги из Teаса сделали полимер с памятью формы (SMP), который принимает форму костного дефекта, не будучи при этом хрупким. Он также не сдерживает рост новой костной ткани.
SMP - материалы, геометрия которых изменяется в ответ на тепловое воздействие. Команда сделала пористую SMP пену, связав вместе молекулы поли(ε-капролактона), упругого, биоразлагаемого вещества, которое уже используется в некоторых медицинских имплантатах. Полученный материал напоминает жесткую губку с многочисленными взаимосвязанными порами, позволяющими костным клеткам мигрировать и расти.
При нагревании до 140 градусов по Фаренгейту, SMP становится очень мягким и податливым. Во время операции для устранения дефекта кости, хирург может нагреть SMP до этой температуры и заполнить дефект размягченным материалом. Когда SMP охлаждается до температуры тела (98,6 градусов по Фаренгейту), он снова становится жестким и «защелкивается» на место.
Исследователи также покрыли SMP полидофамином, липким веществом, которое помогает закреплять полимер на месте, стимулируя образование минеральной части кости. Это также помогает остеобластам, клеткам, которые «создают» кость, прикрепляться и распространяться по всему полимеру. SMP биоразлагаем, так что в конце концов он рассосется, оставив после себя только новую костную ткань.
Чтобы проверить, может ли SMP каркас способствовать росту костных клеток, исследователи засевали полимер остеобластами человека. Через три дня, на покрытых полидофамином SMP выросло примерно в пять раз больше остеобластов, чем на полимере без покрытия. Кроме того, остеобласты синтезировали больше белков, имеющих решающее значение для образования новой костной ткани (RUNX2 и остеопонтин).
Грунлан говорит, что следующим шагом будет проверка способности SMP к самовосстановлению черепно-челюстно-лицевых костных дефектов у животных.
«Работа, которую мы проделали in vitro очень обнадеживает», говорит она.
«Теперь мы хотели бы двигаться к доклиническим и, надеюсь, клиническим испытаниям».