Materiał z pamięcią kształtu do odtwarzania twarzoczaszki

[KopalniaWiedzy.pl 358]

Zespół dr Melissy Grunlan z Texas A&M University uzyskał polimer z pamięcią kształtu (ang. shape-memory polymer, SMP), który będzie można wykorzystać do rekonstrukcji twarzoczaszki.

Urazy, wady wrodzone czy operacje usunięcia zmian nowotworowych wiążą się z ubytkami kości, których nie da się uzupełnić naturalnie. Jeśli dotyczą one twarzy, mogą znacząco wpłynąć na czyjś wygląd. Dzięki amerykańskiemu samodopasowującemu się materiałowi, który rozszerza się pod wpływem ogrzanej solanki, da się precyzyjnie uzupełnić braki. Dodatkowo stanowi on rusztowanie pod wzrost nowej kości.

Obecnie w chirurgii szczękowo-twarzowej najczęściej wykorzystuje się autoprzeszczepy (np. z kości pozyskanej z biodra). Problem polega na tym, że autoprzeszczep jest sztywnym materiałem, który trudno dopasować do nieregularnych [kształtów] ubytków. Poza tym pozyskiwanie kości do przeszczepu może prowadzić do powikłań.

W ramach kolejnego podejścia stosuje się cement kostny, jednak temu rozwiązaniu również daleko do ideału. Twardniejąc, materiał staje się bowiem kruchy, brakuje mu też porów, co uniemożliwia ruch komórek kostnych i odbudowę uszkodzonej tkanki.
Próbując rozwiązać ten problem, Grunlan i inni stworzyli SMP, który dopasowuje się do kształtu kości i nie staje się kruchy. Porowatą piankę SMP uzyskano, łącząc cząsteczki poli(ε-kaprolaktonu), elastycznej i biodegradowalnej substancji, stosowanej już w implantach medycznych. Po podgrzaniu do temperatury 60 st. Celsjusza SMP staje się miękki i plastyczny. Po ostudzeniu do temperatury ciała (37 st. Celsjusza) odzyskuje pierwotną sztywniejszą strukturę.

Naukowcy pokryli SMP lepką polidopaminą, która pomaga w osadzeniu polimeru przez indukcję tworzenia minerału występującego w kości. Dzięki polidopaminie osteoblastom (komórkom kościotwórczym) łatwiej przywrzeć i rozprzestrzenić się po polimerze. Później SMP ulega rozłożeniu, tak że zostaje tylko odtworzona kość.

By sprawdzić, czy rusztowanie z SMP będzie wspierać odbudowę kości, polimer zaszczepiono ludzkimi osteoblastami. Po 3 dniach na SMP z powłoką polidopaminową wyhodowano 5-krotnie więcej osteoblastów niż na kontrolnych SMP bez polidopaminy. Dodatkowo komórki wytwarzały więcej osteopontyny, wielofunkcyjnego białka występującego w dużych ilościach głównie w macierzy tkanki kostnej, oraz czynnika transkrypcyjnego runX2 (jest on uważany za nadrzędny regulator procesu kościotworzenia).

W kolejnym etapie eksperymentów Amerykanie przetestują SMP w zwierzęcym modelu defektów szczękowo-twarzowych.

Wyniki zespołu zostaną zaprezentowane na konferencji American Chemical Society (ACS).

« powrót do artykułu