Нова «кісткова пов’язка» регенерувала пошкоджену кістку у мишей.
Дослідники успішно регенерували пошкоджені кістки черепа у мишей, використовуючи біоміметичний каркас із п’єзоелектричного матеріалу, який сприяє зростанню завдяки властивості природного мінералу. Новий «кістковий бандаж» стане в нагоді для регенерації кісток та регенеративної медицини в цілому.
П’єзоелектричні матеріали генерують електричний заряд у відповідь на прикладену механічну напругу. В цьому випадку кістка — п’єзоелектричний матеріал. Оскільки вона має електричне мікрооточення, електричні сигнали відіграють важливу роль у процесі відновлення кістки, що може ефективно сприяти регенерації кістки. Однак це складний процес, заснований на механічних, електричних та біологічних компонентах.
Дослідники з Корейського інституту передових наук і технологій (KAIST) розробили новаторський підхід до регенерації кісток, який поєднує п’єзоелектрику і мінерал, який природним чином зустрічається в кістки — гідроксіапатит (HAp).
Зазвичай його додають у зубну пасту для ремінералізації емалі та зміцнення зубів. Дослідження показали, що HAp посилює остеогенез та забезпечує основу для зростання нової кістки. Також він відрізняється п’єзоелектричними властивостями та шорсткою поверхнею, що робить його ідеальним кандидатом для створення каркасів для вирощування кісток.
(d) Зображення мікроКТ, що показують регенерацію кістки в черепах мишей з використанням різних каркасів, та (e) об’єм та площа кістки через 2, 4 та 6 тижнів після імплантації каркасу. Надано: Джу та ін.
Дослідники виготовили окремий біоміметичний каркас, інтегрувавши HAp в п’єзоелектричний каркас з полівініліденфторид-ко-трифторетилену (P(VDF-TrFE)), полімерної плівки.
Порівняння каркасів з HAp і без них in vitro показало, що прикріплення клітин до каркасу HAp було на 10–15% вище. Після п’яти днів культивування клітин їх проліферація була на 20-30% вищою, а рівні остеогенезу на каркасах HAp — на 30-40% більше. Результати дослідження показали, що HAp максимізує п’єзоелектричні властивості каркаса та створює середовище, аналогічне позаклітинному матриксу організму. Це неклітинний компонент усіх тканин, який забезпечує необхідну фізичну структуру та важливі сигнали для регенерації тканин.
Потім дослідники протестували каркаси HAp/P(VDF-TrFE) на мишах, помістивши поверх дефектів кісток черепа тварин. Каркаси витримували протягом шести тижнів без деформації. Усі миші вижили; не спостерігалося жодних побічних ефектів, включаючи відсутність інфекції чи запальної реакції. Після двох, чотирьох та шести тижнів імплантації регенерація кістки посилилася в рази у мишей із встановленими каркасами HAp.
Дослідження опубліковано у журналі ACS Applied Materials & Interfaces.