Synthetic FlexBone könnte helfen, die Genesung von Knochentransplantaten zu beschleunigen

Synthetic FlexBone könnte helfen, die Genesung von Knochentransplantaten zu beschleunigen
Synthetic FlexBone könnte helfen, die Genesung von Knochentransplantaten zu beschleunigen
Anonim

Mit einer Ausfallrate von bis zu 50 Prozent stellen Knochengewebetransplantate ein erhebliches Hindernis für orthopädische Chirurgen dar, die versuchen, komplexe Frakturen oder große Bereiche mit Knochenverlust zu reparieren, wie sie häufig durch Traumata und Krebs verursacht werden. Gegenwärtige synthetische Ersatzstoffe besitzen selten die knochenähnlichen Eigenschaften, die für eine erfolgreiche Transplantation erforderlich sind, und sind für Chirurgen im Operationssaal oft schwierig zu handhaben. Als Antwort auf diese Herausforderungen haben Forscher der UMass Medical School ein einfach herzustellendes, kostengünstiges, synthetisches Knochenmaterial namens FlexBone entwickelt.

Aufbauend auf der früheren Entwicklung eines Materials, das ein im Knochen vorkommendes Schlüsselmineral (nanokristallines Hydroxyapatit) mit einem Hydrogel kombiniert, das dem in Kontaktlinsen verwendeten ähnelt, sagte Jie Song, PhD, Assistenzprofessor für Orthopädie und körperliche Rehabilitation und Zellbiologie, und ein Team von Doktoranden und orthopädischen Chirurgen haben zusammen mit ihren Mitarbeitern an der University of Michigan einen Knochenersatz entwickelt, der in eine knöcherne Läsion eingepresst werden kann.

"Funktionell ausgeklügelte synthetische Materialien müssen nicht kompliziert herzustellen oder schwierig zu reproduzieren sein", sagte Dr. Song. "Unsere Idee war es, ein kostengünstiges, handelsübliches Produkt zu schaffen, das im Operationssaal leicht manipuliert werden kann, um große Knochenlücken zu füllen und die Gewebereparatur zu erleichtern." Eine vor Drucklegung online in Tissue Engineering Part A veröffentlichte Studie beschreibt die Wirksamkeit von FlexBone als synthetischem Knochenersatz bei der Reparatur großer Knochendefekte in Tiermodellen.

Bei großen, komplexen Knochendefekten, die durch ein Trauma oder eine Tumorentfernung verursacht wurden, reicht die Stabilisierung mit herkömmlichen Metallplatten und anderen internen und externen Fixationsvorrichtungen oft nicht aus, um die Heilung zu erleichtern. In vielen Fällen greifen Chirurgen auf Knochengewebetransplantate zurück, um die durch den Bruch entstandene Lücke zu überbrücken, indem sie Knochen von einem anderen Spender transplantieren. Komplikationen aufgrund von Infektionen, Immunreaktionen oder unvollständiger Vereinigung zwischen dem transplantierten und dem Wirtsgewebe führen jedoch dazu, dass fast 50 Prozent dieser Verfahren fehlschlagen. Synthetische Ersatzstoffe hingegen haben nicht die notwendigen knochenähnlichen Eigenschaften, um sie zu einer idealen Alternative zu machen.

David Ayers, MD, Arthur M. Pappas, MD, Lehrstuhl für Orthopädie und Lehrstuhl und Professor für Orthopädie und körperliche Rehabilitation, sagte: „FlexBone hat einen Knochenmineralgeh alt, der dem des menschlichen Knochens nahe kommt, was das elastische FlexBone-Material ermöglicht vor der Operation oder intraoperativ geschnitten und geformt und dann in einen Knochensp alt gepresst werden.In Verbindung mit herkömmlichen Befestigungstechniken bietet das FlexBone-Material ein ideales Gerüst für neues Knochenwachstum."

Die Dichte des FlexBone-Materials ermöglicht es Chirurgen auch, Kanäle darin vorzubohren, sodass Knochenmark aus benachbartem Knochen migrieren und eindringen kann. Dies hilft, Vorläuferzellen anzuziehen, die für die Bildung neuer Knochen entscheidend sind.

Neben den Vorteilen seiner physikalischen Eigenschaften hat sich FlexBone auch als ideales Material zur Beschleunigung der Genesung erwiesen. "Was FlexBone so ideal für die Heilung großer Knochenlücken macht, ist, dass es nach der Implantation die mit dem natürlichen Heilungsprozess verbundenen Proteine ​​aus dem umgebenden Gewebe absorbiert und zurückhält", sagte Song. "Das hilft, die Heilung zu beschleunigen." Umgekehrt kann es auch mit therapeutischen Wirkstoffen wie Proteinfaktoren und Antibiotika beladen werden, die eine schnellere Heilung ermöglichen und Infektionen durch lokalisierte und kontrollierte Abgabe über einen längeren Zeitraum bekämpfen können.

"Aufgrund dieser Kombination von Faktoren zeigt unsere Studie, dass FlexBone in Kombination mit einem Protein-Wachstumsfaktor in einer Dosis, die 100-mal geringer ist als die derzeit benötigte, in der Lage war, einen großen, langen Knochendefekt zu heilen, der nicht heilen wollte in kurzer Zeit von selbst", sagte Song.„Dieses Material hat ein enormes Potenzial, ein großes Problem zu lösen, mit dem orthopädische Chirurgen bei der Rekonstruktion großer Knochendefizite im Skelett konfrontiert sind.“

"Seine Fähigkeit, dem Patienten Wachstumsfaktoren und Antibiotika zuzuführen, und die Handhabungseigenschaften, die den chirurgischen Eingriff vereinfachen, machen dieses Material sehr spannend", sagte Dr. Ayers.

Song und Ayers möchten als nächstes die Sicherheit und Wirksamkeit des Materials an großen Tieren testen, was ihrer Hoffnung nach den Weg für zukünftige klinische Studien ebnen wird.

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