Наночастицы помогают росту костной ткани
В первом исследовании такого рода биоинженеры и биоучёные из Университета Райса и Университета Радбуд в Неймегене (Нидерланды) показали, что можно вырастить более плотную костную ткань, добавляя палочковидные наночастицы в пористый материал, используемый в качестве каркаса для формирования кости.
Исследование опубликовано в журнале Bone. Это последний прорыв в быстро развивающейся области тканевой инженерии, которая сочетает новейшие достижения материаловедения и биомедицинской инженерии для создания тканей, пригодных для трансплантации без риска отторжения.
Для выращивания новой кости тканевые инженеры обычно помещают костные клетки на пористые, биодеградируемые материалы — скаффолды (каркасы), которые служат шаблоном. При правильных химических и физических сигналах клетки можно стимулировать к производству новой кости. По мере разрушения скаффолда он замещается новой костной тканью.
«В идеале скаффолд должен быть высокопористым, нетоксичным и биодеградируемым, но при этом достаточно прочным, чтобы выдерживать структурную нагрузку кости, которая в итоге его заменит», — пояснил ведущий исследователь Антониос Микос. — «Предыдущие исследования показали, что углеродные нанотрубки придают полимерным скаффолдам дополнительную прочность, но это первое исследование, изучающее работу таких материалов на животной модели».
В экспериментах исследователи имплантировали кроликам два типа скаффолдов. Один был изготовлен из биодеградируемого пластика поли(пропилен фумарат) (PPF), хорошо зарекомендовавшего себя ранее. Второй состоял на 99.5% из PPF и на 0.5% из однослойных углеродных нанотрубок. Нанотрубки примерно в 80 000 раз тоньше человеческого волоса. Исследователи использовали короткие сегменты, показавшие хорошую цитосовместимость в предыдущих исследованиях.
Половину образцов изучили через 4 недели после имплантации, половину — через 12 недель. Хотя через 4 недели значимой разницы не было, через 12 недель композиты с нанотрубками показали до трёхкратного большего роста костной ткани, чем чистый PPF. Более того, через 12 недель композитные скаффолды содержали около двух третей костной ткани по сравнению с соседней нативной костью, в то время как PPF содержал только около одной пятой.
Микос отметил, что нанокомпозиты показали лучшие результаты, чем ожидалось. Фактически, результаты указывают, что они могут выходить за рамки пассивного шаблона и активно способствовать росту кости.
«Мы пока не знаем точный механизм этого усиленного костеобразования, но у нас уже идут интенсивные исследования, чтобы это выяснить», — сказал Микос. — «Это может быть связано с изменениями в поверхностной химии, прочности или других факторах».