Ученые разработали материал, который может имитировать хрящ и потенциально стимулировать регенерацию хрящевой ткани.
Хрящ представляет собой эластичную соединительную ткань, которая располагается в суставах и между позвонками. По сравнению с другими типами соединительной ткани хрящевая ткань регенерирует не так легко.
Исследователи из Имперского колледжа Лондона и Университета Бикокка разработали материал биостекла, который имитирует амортизирующие и опорные свойства реального хряща. Материал поддается различной трансформации и можно получить различные свойства материала, и теперь они надеются использовать его для разработки имплантатов для замены поврежденных хрящевых дисков между позвонками.
Они считают, что новый материал также имеет потенциал для стимуляции роста хрящевых клеток в коленных суставах, что ранее не представлялось возможным при использовании традиционных методов лечения.
Биостекло состоит из диоксида кремния и пластика (полимера), который называется поликапролактон. Он имеет свойства хряща, включая эластичность, прочность, долговечность и упругость. Биостекло можно создать в виде биоразлагаемых чернил, что позволяет исследователям напечатать с помощью 3D печати структуры, которые будут стимулировать рост хрящевых клеток в коленных суставах, и этот процесс будет работать не только в лабораторных условиях.
Созданный материал также показал свойства самовосстановления, когда он подвергался повреждению, что позволит сделать имплант более устойчивым и надежным, и значительно упрощает создание имплантат с помощью 3D-печати, когда материал находился в форме чернил.
Одна композиция, разработанная командой, может предоставить альтернативное лечение для пациентов, у которых повреждены межпозвоночные диски. При дегенерации хряща в дисках у пациентов появляются изнурительные боли, и нередко приходится проводить сращивание позвонков, что значительно снижает подвижность пациента.
Ученые полагают, что они смогут создать искусственный имплант межпозвонкового диска из биостекла, который будет иметь те же механические свойства, как и настоящий хрящ, но которые не должны быть металлическими или пластиковыми, как импланты которые используются в настоящее время.
Другая форма биостекла могла бы улучшить методы лечения пациентов с поврежденной хрящевой тканью коленного сустава. Хирурги могут создавать ткань типа рубцовой , чтобы восстановить поврежденный хрящ, но в конечном счете, большинству пациентов через некоторое время требуется замена сустава , что снижает мобильность пациентов.
Команда ученых поставила перед собой задачу «напечатать» крошечные биоразлагаемые каркасы, используя чернила из биостекла. Эти биоразлагаемые каркасы обеспечат шаблон, который повторяет структуру реального хряща в коленном суставе.
После имплантации, сочетание структуры, жесткости и химический состав био-стекла будут стимулировать рост хрящевых клеток через микроскопические поры. Идея заключается в том, что с течением времени каркас будет полностью деградировать в организме, в результате чего новый хрящ полностью займет свое место, и он будет иметь аналогичные механические свойства исходного хряща.
Профессор Джулиан Джонс, один из разработчиков био-стекла сказал: "Био-стекло было создано в 1960-х годах, и первоначально было разработано во времена войны во Вьетнаме, для того, чтобы помочь лечению травм костей, которые солдаты получили во время боевых действий. Наше исследование показало , что новая гибкая версия этого материала может быть использована в качестве хряще-подобного материала.
"Пациенты охотно свидетельствуют о потере подвижности, которая связана с деградированным хрящом и они готовы пойти на многое, чтобы попытаться облегчить мучительную боль. Нам еще предстоит пройти долгий путь, прежде чем эта технология дойдет до пациентов, но мы сделали некоторые важные шаги в правильном направлении, чтобы перенести эту технологию ближе к клиническому применению, и это, в конечном итоге, может обеспечить реальное лечение для пациентов во всем мире ".
Исследователи получили финансирование от научно-исследовательского совета для развития своей технологии. Они ставят перед собой цель провести испытания технологии в лаборатории и разработать хирургический метод для установки имплантатов. Они также будут работать с целым рядом промышленных партнеров для дальнейшего развития 3D-технологии производства.
Профессор Джастин Кобб является председателем ортопедической хирургии в отделении Империал Медицины. Он будет ведущим ученым на следующем этапе исследования.
Профессор Кобб, директор отделения ортопедии, добавил: "Эта новая форма биостекла и метод производства позволит Джулиану и его команде разработать следующее поколение биоматериалов .В настоящее время, самые эффективные искусственные суставы более чем в тысячу раз жестче, чем нормальный хрящ .А новый материал очень близок к натуральному и может быть напечатан с помощью 3D технологии .
Профессор Лора Циппола, из Департамента биотехнологии и биологических наук в Университете Бикокка, добавила: "Основываясь на нашем опыте по химической модификации био - и наноструктурных материалов, белков и углеводов, мы разработали новый химический подход для того, чтобы заставить органический компонент поликапролактона оставаться в стабильной форме вместе с неорганическим силикатным компонентом ".
Технология все еще имеет ряд регуляторных препятствий, которые необходимо преодолеть, прежде чем она будет применяться в клинической практике. Команда считает ,что требуется не менее десяти лет, чтобы технология вышла на рынок .
