تست ترمیم استخوان سریعتر و اخلاقی: پیشرفت سوانسی

محققان دانشگاه سوانسی رویکرد جدیدی را برای آزمایش مواد زیستی برای بازسازی استخوان ایجاد کرده اند که هم سرعت و هم اصلاح اخلاقی را ارائه می دهد.

منتشر شده در مجله Bioactive Materials و به سرپرستی دکتر Zhidao Xia، تیمی از دانشکده پزشکی سوانسی و دانشکده علوم و مهندسی، یک مدل استخوان سازی پریوستئال تیبیا موشی را معرفی کرده اند که نیاز به روش های سنتی شامل شکستگی ها یا نقایص با اندازه بحرانی را از بین می برد.

با انجام این کار، آنها به طور قابل توجهی رنج حیوانات را کاهش می دهند در حالی که ارزیابی بیوماد را در کمتر از 14 روز ممکن می سازند، با بازسازی استخوان قشر مغز تا 28 روز تکمیل می شود.

دکتر شیا توضیح داد: «اختراع ما فاصله بین جایگزین های مصنوعی و استخوان اهداکننده را پر می کند. ما نشان داده ایم که می توان ماده ای ایجاد کرد که ایمن، مؤثر و مقیاس پذیر باشد تا بتواند تقاضای جهانی را برآورده کند. این می تواند به اتکا به استخوان اهدا کننده پایان دهد و با مسائل اخلاقی و تامینی در پیوند استخوان مقابله کند.

در کنار سوانسی، چندین مؤسسه در سراسر جهان به این پروژه کمک کردند. اینها عبارتند از دانشگاه علم و فناوری Huazhong، و بیمارستان مرکزی Xiangyang از چین، دانشکده پزشکی دانشگاه جان هاپکینز و دانشگاه روچستر از ایالات متحده، دانشگاه مک گیل از کانادا، Oxford Instruments NanoAnalysis، دانشگاه آزاد، دانشگاه آکسفورد. و دانشگاه شفیلد از انگلستان.

مدل پریوستال تست ترمیم استخوان را بهبود می بخشد

محور موفقیت این مدل تمرکز آن بر روی پریوستئوم تیبیا است، جایی که سلول های استخوانی به طور طبیعی ترمیم استخوان را هدایت می کنند. کاشت داربست های بیومتریال بین تیبیا و بافت عضلانی اطراف نتایج قابل توجهی از جمله رشد استخوان ترابکولار در عرض دو هفته به همراه داشته است.

در هفته چهارم، این استخوان به یک لایه قشر جدید تبدیل می شود. این یافته ها که از طریق توموگرافی کامپیوتری میکرو و آنالیز بافت شناسی اندازه گیری شد، افزایش استثنایی هشت برابری در ضخامت تیبیا را در مقایسه با گروه های کنترل نشان داد.

یکی از مواد آزمایش شده در این مدل داربست هیدروکسی آپاتیت آراگونیت (HAA) است، ترکیبی از هیدروکسی آپاتیت که به طور گسترده در پیوند استخوان و کربنات کلسیم استفاده می شود، که تجزیه زیستی را افزایش می دهد و از رشد استخوان حمایت می کند.

داربست به تدریج طی شش تا دوازده ماه شکسته می شود و فضایی برای رشد بافت استخوانی جدید ایجاد می کند. محققان همچنین با آزمایش زولدرونات، یک بیس فسفونات بالینی، دریافتند که افزودن آن به طور قابل توجهی تشکیل استخوان قشر مغز را افزایش می دهد و پتانسیل آن را در افزایش عملکرد مواد زیستی نشان می دهد.

برخلاف روش های خارج از رحم که در آن استخوان در مکان های غیرطبیعی تولید می شود، این رویکرد تماس مستقیم ماده را با استخوان و عضله حفظ می کند. این نزدیکی محیط های پیچیده ای را که معمولاً در کاربردهای ارتوپدی با آن مواجه می شوند تکرار می کند و یافته ها را برای سناریوهای بالینی بسیار مرتبط می سازد.

اعتبارسنجی مدل در میان گونه ها از جمله موش ها و خوک های کوچک، نتایج ثابتی را تأیید کرد. به گفته محققان، داربست HAA نه تنها بازسازی استخوان را تسهیل کرد، بلکه طی شش ماه به طور کامل تخریب شد.

اصلاحات اخلاقی و جهت گیری های آینده

مزیت قابل توجه این مدل در فرآیند آزمایش ساده آن است. از بین بردن نیاز به نقایص یا شکستگی استخوان بزرگ به طور قابل توجهی تهاجمی و طول مدت آزمایش ها را کاهش می دهد.

در حالی که این روش به ویژه برای غربالگری در مراحل اولیه مواد زیستی مناسب است، آزمایش های حیوانی بزرگ تر و مدل های شکستگی سنتی هنوز برای تأیید نظارتی و آزمایش در سناریوهای نقص پیچیده مورد نیاز است.

تحقیقات بیشتر با هدف روشن کردن نقش سلول های خاص مانند سلول های بنیادی پریوستال در تشکیل سریع استخوان مشاهده شده است. همچنین برای تجزیه و تحلیل بهتر عملکرد مواد زیستی، به بهبود نرم افزار توموگرافی کامپیوتری میکرو نیاز است، زیرا ابزارهای فعلی برای ارزیابی این فعل و انفعالات دقت کافی ندارند.

علیرغم این چالش ها، این تحقیق نقش محوری کربنات کلسیم در تسریع رشد استخوان را برجسته می کند. انحلال سریعتر آن در مقایسه با هیدروکسی آپاتیت، سلول های استخوانی را قادر می سازد تا به طور موثرتری به داربست نفوذ کنند، اگرچه مکانیسم های دقیق مطالعه بیشتری را ایجاب می کند.

نکته مهم این است که این مدل با کاهش قابل توجه رنج حیوانات با اصول تحقیقات اخلاقی همسو می شود. فقدان شکستگی های ناشی از یا نقص های استخوانی بزرگ، آسیب را به حداقل می رساند و یک روش تصفیه شده و انسانی برای غربالگری مواد زیستی در مراحل اولیه ارائه می دهد.

در حالی که مدل های سنتی شکستگی و آزمایش های حیوانی بزرگ برای تأیید نظارتی ضروری هستند، این رویکرد می تواند آزمایش های بالینی را ساده تر کند و تعداد حیوانات مورد نیاز را کاهش دهد.

روش های جایگزین برای بازسازی استخوان

در سطح جهانی، گروه های تحقیقاتی روش های جایگزین را بررسی کرده اند که هر کدام مزایای منحصر به فردی را در مقابله با چالش های ترمیم استخوان ارائه می کنند.

دو سال پیش، محققان دانشگاه کارنگی ملون و دانشگاه کانکتیکات داربست های گرافن فسفات کلسیم (CaPG) چاپ سه بعدی را برای کاربردهای بازسازی استخوان در آینده توسعه دادند.

این داربست ها که در شرایط آزمایشگاهی و درون تنی آزمایش شدند، با حمایت از تمایز سلول های بنیادی و بازسازی استخوان در مدل های حیوانی، پتانسیل استخوان زایی را نشان دادند. با استفاده از روش Direct Ink Writing، داربست های CaPG در داخل بدن تجزیه و جذب می شوند و بازسازی بافت را بدون اثرات نامطلوب بر اندام های حیاتی ترویج می کنند.

این مطالعه که در Nature منتشر شده است، پتانسیل CaPG را به عنوان یک جایگزین مقرون به صرفه، قابل تنظیم و قابل جذب برای پیوندهای استخوان سنتی برجسته می کند.

در سال 2017، محققان دانشگاه تیانجین، آکادمی علوم چین و دانشگاه هنگ کنگ یک کامپوزیت هیدروژل-نانرس قابل چاپ سه بعدی طراحی کردند که برای حمایت از رشد سلول های استخوانی طراحی شده است.

این ماده که در ACS Biomaterials Science & Engineering منتشر شده است، به نقایص استخوانی ناشی از ضربه، بدشکلی یا برداشتن تومور می پردازد. در آزمایش ها، این ماده باعث بازسازی استخوان در نقایص درشت نی موش های زنده شد و به طور قابل توجهی از درمان های پلاسبو در طول هشت هفته بهتر عمل کرد.

داربست با ارائه پشتیبانی ساختاری و تغذیه، از ماتریکس خارج سلولی تقلید می کرد و پتانسیلی برای ارائه دقیق و اختصاصی ترمیم نقایص استخوان تحمل کننده داشت.

چی گرایش های چاپ سه بعدی آیا رهبران صنعت امسال را پیش بینی می کنند؟

چه می کند آینده پرینت سه بعدی برای 10 سال آینده نگه دارید؟

برای به روز ماندن از آخرین اخبار پرینت سه بعدی، مشترک شدن را فراموش نکنید خبرنامه صنعت چاپ سه بعدی یا ما را دنبال کنید توییتر، یا صفحه ما را در آن لایک کنید فیس بوک.

وقتی اینجا هستید، چرا مشترک ما نمی شوید یوتیوب کانال؟ شامل بحث و گفتگو، خلاصه، فیلم کوتاه، و پخش مجدد وبینار.

تصویر ویژه مدل حیوانی موش را برای ارزیابی سریع استخوان زایی نشان می دهد. تصویر از طریق دانشگاه سوانسی.