Gerry Koons, seorang pelajar MD / PhD di Kolej Perubatan Rice and Baylor, menyediakan bioreaktor bercetak 3D untuk ujian. (Kredit: Jeff Fitlow / Beras)

Teknik baru tumbuh tulang secara langsung untuk memperbaiki kecederaan craniofacial dengan melampirkan bioreaktor yang dicetak 3D-pada dasarnya, acuan-ke tulang rusuk.

Sel stem dan saluran darah dari tulang rusuk menyusut bahan perancah dalam acuan dan menggantinya dengan tulang semula jadi yang sesuai dengan pesakit.

Bioengineer Antonios Mikos, perintis dalam bidang kejuruteraan tisu, dan rakan-rakannya menggabungkan teknologi yang telah mereka usahakan dalam program selama sedekad. Matlamatnya adalah untuk memajukan pembinaan semula craniofacial dengan memanfaatkan kekuatan penyembuhan semula jadi badan.

Penyelidik membangunkan teknik untuk mengembangkan implan tulang yang sesuai untuk memperbaiki kecederaan tulang rahang dari rusuk pesakit sendiri. (Kredit: Mikos Research Group)

Teknik ini sedang dibangunkan untuk menggantikan teknik rekonstruksi semasa yang menggunakan tisu-tisu tulang penyerbuan dari pelbagai kawasan pesakit, seperti kaki, pinggul, dan bahu bawah.

Pengganti tulang

"Inovasi utama dalam kerja ini adalah memanfaatkan bioreaktor yang dicetak 3D untuk membentuk tulang yang tumbuh di bahagian lain tubuh ketika kita mendahului kecacatan untuk menerima tisu yang baru dihasilkan," kata Mikos, profesor kejuruteraan bioengineering dan kimia dan biomolekul di Rice Universiti dan ahli Akademi Kejuruteraan Kebangsaan dan Akademi Perubatan Negara.

"Kajian terdahulu menubuhkan satu teknik untuk mencipta kerangka tulang dengan atau tanpa bekalan darah mereka sendiri dari tulang sebenar yang ditanamkan ke dalam rongga dada," kata pengacara Mark Wong, profesor, pengerusi dan pengarah program jabatan pembedahan lisan dan maxillofacial dengan Sekolah dari pergigian di Pusat Sains Kesihatan Universiti Texas di Houston.

"Kajian ini menunjukkan bahawa kita boleh membuat graf tulang yang baik dari bahan pengganti tulang buatan. Kelebihan penting pendekatan ini ialah anda tidak perlu menuai tulang sendiri untuk membuat tulang rontok, tetapi sumber lain yang tidak autogen dapat digunakan, "katanya.

Merajut dan dilindungi

Untuk membuktikan konsep mereka, para penyelidik membuat kecacatan segi empat tepat dalam mandibles domba. Mereka mencipta templat untuk percetakan 3D dan mencetak acuan yang dapat ditanamkan dan spacer, kedua-duanya diperbuat daripada PMMA, yang juga dikenali sebagai simen tulang. Tujuan spacer adalah untuk mempromosikan penyembuhan dan mencegah tisu parut daripada mengisi tapak kecacatan.

Mereka mengeluarkan tulang yang cukup dari rusuk model haiwan untuk mendedahkan periosteum, yang berfungsi sebagai sumber sel stem dan vasculature untuk bahan perancah benih di dalam acuan. Kumpulan ujian termasuk tulang rusuk hancur atau bahan kalsium fosfat sintetik untuk membuat perancah biokompat.

Acuan, dengan bahagian tulang rusuk terbuka untuk membuat antara muka yang ketat, kekal di tempat selama sembilan minggu sebelum penyingkiran dan pemindahan ke tapak kecacatan, menggantikan spacer tersebut. Dalam model haiwan, tulang baru yang dikait ke tisu lama dan lembut tumbuh di sekitar dan menutupi tapak.

Mengapa rusuk?

"Kami memilih untuk menggunakan tulang rusuk kerana ia mudah diakses dan sumber yang kaya dengan sel stem dan vesel, yang menyusup perancah dan berkembang menjadi tisu tulang baru yang sesuai pesakit," kata Mikos. "Tidak ada keperluan untuk faktor pertumbuhan atau sel-sel eksogen yang akan merumitkan proses kelulusan pengawalseliaan dan terjemahan kepada aplikasi klinikal."

Ribs menawarkan kelebihan lain. "Kami berpotensi dapat membina tulang baru pada pelbagai rusuk pada masa yang sama," kata pengarang penulis Gerry Koons, seorang pelajar MD / PhD di Rice and Baylor College of Medicine yang kini bekerja di makmal Mikos.

Menggunakan PMMA untuk acuan dan spacer adalah keputusan mudah, kata Mikos, kerana ia telah dikawal selia sebagai peranti perubatan untuk aplikasi biologi selama beberapa dekad. Dalam Perang Dunia II, ketika pesawat pejuang menggunakan kaca depan PMMA, para doktor mendapati bahawa shards yang tertanam dalam juruterbang yang cedera tidak menyebabkan keradangan dan dengan demikian menganggapnya jinak. Walaupun matlamat awal kajian adalah untuk memperbaiki rawatan kecederaan medan perang, gambaran besar termasuk pembedahan awam juga.

Hasilnya muncul di Prosiding National Academy of Sciences.

Mengenai Pengarang

Coauthors tambahan adalah dari Beras; Pusat Sains Kesihatan Universiti Texas di Houston; Kolej Perubatan Baylor; Synthasome, Inc., San Diego; dan Pusat Perubatan Radboud University, Belanda.

Institut Perubatan Pembaharuan Angkatan Bersenjata membiayai penyelidikan. Sokongan tambahan untuk penyelidikan ini diperolehi dari Institut Kesihatan Nasional, Yayasan Sains Osteo, Program Uskup Barrow, dan Yayasan Robert dan Janice McNair.

sumber: Universiti Rice

books_science