Дослідники успішно регенерували пошкоджені кістки черепа у мишей, створивши біоміметичний каркас, який поєднує в собі п’єзоелектричний каркас і властивості природного мінералу, що сприяє росту. Новий «кістковий бандаж» має широкий потенціал застосування для регенерації кісток і регенеративної медицини в цілому.
П’єзоелектричні матеріали генерують електричний заряд у відповідь на прикладене механічне навантаження. Кістка є п’єзоелектричним матеріалом. Оскільки вона має електричне мікрооточення, електричні сигнали відіграють важливу роль у процесі відновлення кістки, що може ефективно сприяти регенерації кістки.
Сучасні стратегії регенерації кістки, такі як трансплантати або каркаси, які вивільняють фактори росту, мають обмеження, такі як ускладнення, обмежена доступність і висока вартість.
Розроблений дослідниками з Корейського передового інституту науки і технологій (KAIST) новаторський підхід до регенерації кісток, який поєднує в собі п’єзоелектрику та мінерал, який природним чином міститься в кістці.
Гідроксиапатит (HAp), мінерал у кістках і зубах, відіграє важливу роль у структурній міцності та регенерації кісток. Його зазвичай додають до зубної пасти для ремінералізації зубної емалі та зміцнення зубів. Дослідження виявили, що HAp посилює остеогенез (утворення кісток) і забезпечує основу для росту нової кістки. Він також має п’єзоелектричні властивості та шорстку поверхню, що робить його ідеальним кандидатом для створення каркасів для вирощування кісток.
Дослідники виготовили окремий біоміметичний каркас, об’єднавши HAp у п’єзоелектричний каркас з полівініліденфториду – трифторетилену (P(VDF-TrFE)), полімерної плівки. Новий підхід дослідників, за їхніми словами, забезпечує універсальну платформу для регенерації кісток поза межами поверхневих застосувань.
Порівняння каркасів із і без HAp in vitro показало, що прикріплення клітин на каркасах HAp було на 10–15% вищим. Після п’яти днів культивування клітин клітинна проліферація була на 20-30% вищою, а рівень остеогенезу на каркасах HAp був приблизно на 30-40% вищим. Отримані результати свідчать про те, що HAp максимізує п’єзоелектричні властивості каркаса та створює середовище, схоже на позаклітинний матрикс організму, неклітинний компонент усіх тканин, який забезпечує важливу фізичну структуру та важливі сигнали, необхідні для регенерації тканин.
Дослідники протестували свої каркаси HAp/P(VDF-TrFE) на мишах, розмістивши їх над дефектами в кістках черепа тварин (кальварія). Скаффолди зберігалися протягом шести тижнів без деформації. Усі миші вижили; не спостерігалося побічних явищ, включаючи відсутність інфекції чи запальної реакції. Через два, чотири та шість тижнів після імплантації регенерація кісткової тканини була значно покращена у мишей із встановленими каркасами HAp порівняно з контрольними групами.
Дослідження було опубліковано в журналі ACS Applied Materials & Interfaces .
