Напечатанный на 3D-принтере скаффолд способствует росту хрящевой ткани и кости

Напечатанный на 3D-принтере скаффолд способствует росту хрящевой ткани и кости

Согласно исследованию [Chen et al., Biomaterials (2018), https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2018.04.005], напечатанная биокерамика, содержащая смесь ионов лития, кальция и кремния, способствует одновременной регенерации хрящевой и костной ткани.

Дегенеративные заболевания и поражения, затрагивающие хрящевую ткань, могут распространяться в нижележащую костную ткань, известную как субхондральная ткань, в особенности вокруг суставов. Ввиду низкой способности хрящевой ткани к самоизлечению, данный тип поражения суставного хряща представляет собой сложную задачу для ортопедической и спортивной медицины.

Поскольку хрящевая ткань и субхондральная кость имеют разный состав и обладают разными биологическими свойствами, разработать и произвести материал для скаффолда, способствующий одновременному возобновлению роста обоих типов тканей, оказалось нелегкой задачей. Однако, к настоящему времени, Ченгти Ву с коллегами из Шанхайского института керамики Китайской академии наук, и госпиталя Нанкинского медицинского университета, разработали литиево-кальциевый силикат чистой фазы (Li2Ca4Si4O13 или L2C4S4 кратко), перспективный для реконструкции дефектов и поражений границы соприкосновения хрящевой и костной тканей.

Исследователи инкорпорировали в новый материал множество известных биоактивных компонентов. Кремний Si играет важную роль в фазе начальной минерализации при формировании молодой кости, и силикатный биоматериал стимулирует количественный рост и связанную с костью экспрессию генов стволовых клеток, что может способствовать остеогенезу (костеобразованию) и регенерации костной ткани. Соль LiCl стимулирует формирование субхондральной кости и, по-видимому, предохраняет хрящевую ткань от деградации. Новейшее исследование дало основание предполагать, что Li также стимулирует пролиферацию (разрастание) хондроцитов (хрящевых клеток).

Как объясняет Ву, «комбинация множества важных нутриентов (питательных элементов) может оказать влиятельные эффекты на эти две ткани».

Команда разработала простой мокрый химический золь-гелевый метод производства высококачественного биокерамического порошка L2C4S4, добавляемого затем в чернила 3D-принтера. Это позволяет осуществлять контроль пористости и размера пор скаффолда, устанавливаемого исследователями в пределах от 170 до 400 мкм, с высокой степенью точности. Получаемые скаффолдыне только прочнее прочих 3D-печатных биокерамических скаффолдов в 2-3 раза, но и их механические свойства сравнимы со свойствами натуральных костей.

Как подчеркивает Ву, «Скаффолды L2C4S4 существенно ускоряют регенерацию хрящевой ткани, а также способствуют реконструкции субхондральной кости».

Скаффолды достаточно прочны и стабильны, чтобы обеспечить хорошую поддержку первоначальному формированию костной ткани, в то время как поры обеспечивают как легкий путь для миграции клеток или транспорта, так и достаточное место для прорастания кости. Скаффолды L2C4S4 обеспечивают существенную минерализацию апатитов и рост субхондральной кости in vivo, и в то же время биоразложимы по завершению своей работы.

Биокерамические скаффолды двойной активности L2C4S4 представляют собой изящное решение проблемы регенерации остеохондральных дефектов, как полагает Ву.

Материалы

Возврат к списку