Nanotech Kõhrkoe Kasvatamiseks Ja Valutavate Põlvede Rahustamiseks

2023 Autor: Peter Bradberry | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-07-27 17:19

Teadlased kasutavad süsiniknanotorusid ja elektrit tugevama luu pehmendava koe kasvu meelitamiseks.

Teadlaste sõnul suudavad nad varsti parandada nanotorude abil vigastatud ja kulunud kõhre. Praegu peavad patsiendid vigase kõhre (sidekude, mis tavaliselt luude otsad liigestes polsterdab, et neid üksteise vastu ei hakkaks lihvima) parandama noa alla. Kuid teadlased ütlevad, et nad võivad ühel päeval sisestada vigastatud liigestesse mikroskoopilisi süsiniknanotorusid, näiteks põlvi, julgustades uusi, tugevamaid kõhrerakke kasvama kahjustatud või hõrenenud rakkudes.

Teadlased teatasid ajakirja Journal of Biomedical Materials Research A osas, et nad on oma laboris edukalt kasvatanud süsiniknanotorude ümbruses kõhre ja on optimistlikud, et ühel päeval suudavad nad inimkeha sisemuses dubleerida. Nad võivad astuda sammu lähemale septembris, kui kavatsevad lammaste liigestesse implanteerida süsiniknanotorud, et oma tehnikat esimest korda väljaspool laborit testida.

Browni ülikooli dotsent Thomas Webster ja Browni teadlane Dongwoo Khang koos uurimisteadlase Grace Parkiga (ja ühe Websteri endise doktorandiga) ettevõttes Becton, Dickinson and Company, Franklin Lakes, NJ - meditsiinitehnoloogia firma, ütlevad nad, et nad kasvasid kõhrerakke, asetades kondrotsüüdid (kõhre moodustavad rakud) ja süsinik-nanotorud polükarbonaat-uretaanpinnale kokku. Ootuspäraselt kasvasid nanotorude ümber kõhrerakud, mis on nii tugevad, et teadlased kasutavad neid nüüd plasti tugevdamiseks. Teadlaste sõnul kiirendasid nad uute elementide tootmist, saates nanotorude kaudu elektrilisi pingeid, mis on ka suurepärased elektrijuhtmed.

Teadlased näevad nanotorude implanteerimist väikeste sisselõigete (näiteks põlve sisse) kaudu, et patsiendi enda kõhrerakud koloniseeruksid. Eelis on Websteri sõnul see, et kõhred kasvaksid kiiremini ja oleksid tugevamad kui siis, kui seda ei toetaks nanotorud - sarnaselt sellele, kuidas terasest armatuuri kasutatakse tsemendi või betooni tugevdamiseks. Ta märgib, et nanotorud kinnituvad hästi olemasolevatele kõhredele. "Patsiendil on kiirem tagasitulek [kui nad kasutaksid nanotorudeta kõhre] aktiivsele eluviisile, mida tal pole tõenäoliselt pikka aega olnud," ütleb ta.

Ortopeedikirurgid kiidavad Websteri uuringuid, kuid on veel vara öelda, kas tema lähenemine õnnestub. Ehkki idee luua tugevam, paremini nakkuv kõhr kõlab hästi, võib püsivate osakeste, näiteks süsiniknanotorude paigutamine liigese sisse tuua muid probleeme, ütleb Pittsburghi ülikooli meditsiinikooli ortopeediakirurgia osakonna esimees Freddie Fu ja selle Meditsiinikeskus. Tema peamine mure: et süsiniknanotorud ei pruugi olla bioloogiliselt ühilduvad liigese olemasoleva kõhrkoega.

"Ideaalis peaks tellingute arhitektuur jäljendama parandatava natiivkoe arhitektuuri," ütleb ka osakonna järeldoktor Wei Shen.

Teadlased on aastakümneid otsinud võimalusi kõhre parandamiseks, ilma et kasutataks traditsioonilist kirurgiat, mis hõlmab tavaliselt kahjustatud kõhre eemaldamist liigese sisselõike kaudu, püüdes säilitada võimalikult palju tervislikke kudesid. Üheks läbimurdeks oli 2002. aastal sünteetilistest materjalidest nagu polühüdroksüetüülmetakrülaat valmistatud geelide väljatöötamine, mida saab süstida liigesesse, kus see tahkestub ja muutub pehmenduseks, millel on sama põrutust neelav funktsioon nagu kõhril. Websteri sõnul on probleemiks see, et geelipadjad ei haaku alati liigeses allesjäänud kõhrega, mis tähendab, et paljud patsiendid vajavad täiendavaid süste. Fu sõnul on teine mure see, et isegi kui geel kleepub, ei pruugi see kaua püsida.

Massachusettsi tehnoloogiainstituudi, Harvardi meditsiinikooli ja Colorado ülikooli Boulderis teadlased üritavad praegu välja töötada geeli, kuhu saaks paigutada patsiendi enda kõhrerakud, mis paljuneksid pärast lahuse sihtliigendisse süstimist. See lähenemine ei kasuta aga süsiniknanotorusid, mis Websteri arvates pakuksid vastupidavamat lahendust.

Webster on uurinud nanomaterjalide ümbruses koe kasvatamise võimalust alates 1998. aastast, kui ta oli kraadiõppur Rensselaeri polütehnilises instituudis Troy's, New Yorgis. "Nanoskaalamaterjalid suurendavad kõigi nende koetüüpide kasvu," ütleb ta. "Peamine on see, et nanomaterjalid jäljendaksid loodusliku koe karedust, mis loob rohkem pinnaenergiat ja võimaldab koe toimimiseks oluliste valkude imendumist."

Webster on oma algsetest katsetest luukoe kasvuga in vitro katsetanud palju. Viimase kümne aasta jooksul lisas ta oma repertuaari põie, kõhre, kesknärvisüsteemi ja vaskulaarse koe kasvu. Põhimõte on mõlemas sama: kasvavad rakud kleepuvad ja arenevad tõenäolisemalt karedal nanotorupinnal kui siledal luul või narmendaval kõhrel. Nüüd töötab ta Browni 26 biomeditsiinilise ja koetehnoloogia uurija meeskonnaga, kes on relvastatud Riikliku Teadus- ja Tehnikanõukogu föderaalse riikliku nanotehnoloogia algatuse 500 000 dollari suuruse stipendiumiga, et näha, kui kaugele ta oma ideid suudab edendada.

"Nanotehnoloogia kasutamine karkassides, et aidata kõhre taastuda, on uudne," ütleb Pittsburghi ülikooli meditsiinikeskuse kõhre taastamise programmi direktor Constance Chu, kõhre taastumisele ja artroosile spetsialiseerunud ortopeed, "ja see pakuks suurt huvi, kui see võib lõpuks parandada regenereeritud kõhre funktsionaalseid omadusi."