Gerry Koons, MD / PhD-student ved Rice and Baylor College of Medicine, forbereder en 3D-trykt bioreaktor for tester. (Kreditt: Jeff Fitlow / Rice)

En ny teknikk vokser levende bein for å reparere kraniofacialskader ved å feste en 3D-trykt bioreaktor - egentlig en form - til en ribbein.

Stamceller og blodkar fra ribben infiltrerer stillasmateriale i formen og erstatt det med naturlig ben tilpasset pasienten.

Bioingeniør Antonios Mikos, en pioner innen vevteknikk, og kollegene hans kombinerte teknologier de har utviklet i løpet av et tiår langt program. Målet er å fremme kraniofacial gjenoppbygging ved å dra nytte av kroppens naturlige helbredende krefter.

Forskere utviklet en teknikk for å dyrke beinimplantater med tilpasset passform for å reparere kjevebenskader fra pasientens eget ribbein. (Kreditt: Mikos Research Group)

Teknikken utvikles for å erstatte nåværende rekonstruksjonsteknikker som bruker beintransplantasjonsvev fra forskjellige områder av en pasient, for eksempel underben, hofte og skulder.

Beinerstatning

"En viktig nyskapning av dette arbeidet er å utnytte en 3D-trykt bioreaktor for å danne bein som er dyrket i en annen del av kroppen, mens vi har den største defekten til å akseptere det nylig genererte vevet," sier Mikos, professor i bioingeniørvirksomhet og kjemisk og biomolekylær teknikk ved Rice Universitetet og medlem av National Academy of Engineering og National Academy of Medicine.

"Tidligere studier etablerte en teknikk for å lage beintransplantasjoner med eller uten egen blodtilførsel fra ekte bein implantert i brysthulen," sier medforfatter Mark Wong, professor, styreleder og programleder for avdeling for oral og maxillofacial kirurgi med skolen av odontologi ved University of Texas Health Science Center i Houston.

"Denne studien demonstrerte at vi kunne lage levedyktige beintransplantasjoner fra kunstige beinerstatningsmaterialer. Den betydelige fordelen med denne tilnærmingen er at du ikke trenger å høste pasientens eget bein for å lage et beintransplantasjon, men at andre ikke-autogene kilder kan brukes, sier han.

Strikket og dekket

For å bevise sitt konsept, gjorde forskerne en rektangulær defekt i sauenes mandibler. De opprettet en mal for 3D-utskrift og trykte en implanterbar form og et avstandsstykke, begge laget av PMMA, også kjent som beincement. Målet med avstandsstykket er å fremme helbredelse og forhindre arrvev i å fylle defektstedet.

De fjernet nok bein fra dyremodellens ribbein til å eksponere periosteum, som fungerte som en kilde til stamceller og vaskulatur for frø stillasmateriale inne i formen. Testgrupper inkluderte knust ribbein eller syntetiske kalsiumfosfatmaterialer for å lage det biokompatible stillaset.

Formen, med ribbesiden åpen for å skape et tett grensesnitt, ble liggende på plass i ni uker før den ble fjernet og overført til defektstedet og erstattet avstandsstykket. I dyremodellene vokste det nye beinet strikket til det gamle og myke vevet rundt og dekket stedet.

Hvorfor ribbe?

"Vi valgte å bruke ribbeina fordi de er lett tilgjengelige og en rik kilde av stamceller og kar, som infiltrerer stillaset og vokser til nytt beinvev som matcher pasienten," sier Mikos. "Det er ikke behov for eksogene vekstfaktorer eller celler som kan komplisere lovgivningsgodkjenningsprosessen og oversettelse til kliniske applikasjoner."

Ribbe gir en annen fordel. "Vi kan potensielt vokse nytt bein på flere ribber samtidig," sier medforfatter Gerry Koons, en MD / PhD-student ved Rice og Baylor College of Medicine som for tiden jobber i Mikos 'laboratorium.

Å bruke PMMA til formen og avstandsstykket var en enkel beslutning, sier Mikos, ettersom det har vært regulert som et medisinsk utstyr for biologiske anvendelser i flere tiår. I andre verdenskrig, da jagerfly brukte PMMA-frontruter, la legene merke til at skjær som var innebygd i skadde piloter, ikke forårsaket betennelse og de anså det som godartet. Mens studiets opprinnelige mål er å forbedre behandlingen av slagmarkskader, inkluderer det store bildet også sivile operasjoner.

Resultatene vises i Proceedings of National Academy of Sciences.

Om forfatterne

Ytterligere coauthors er fra Rice; University of Texas Health Science Center i Houston; Baylor College of Medicine; Synthasome, Inc., San Diego; og Radboud University Medical Center, Nederland.

Forsvarets institutt for regenerativ medisin finansierte forskningen. Ytterligere støtte for forskningen kom fra National Institutes of Health, Osteo Science Foundation, Barrow Scholars Program og Robert and Janice McNair Foundation.

kilde: Rice University

books_science