Възстановяване на костната вложка - наука за здравето
Подзаглавие
Биоинженеринг за спасяване на нашия скелет
Докато трансплантациите на костна тъкан сега са често срещани за възстановяване на костите след фрактура или друго нараняване, тази стратегия има ограничения. Ето защо изследователите се опитват да произведат синтетични или хибридни костни фрагменти (включително стволови клетки). Това включва разработването на биоматериали, които са едновременно гъвкави и устойчиви, но също така и порести, за да могат да бъдат колонизирани от клетките. За получаване на специално изработени „части“ 3D печатът е от голяма помощ.
Време за четене
15 минути
Последна актуализация
11.01.16
Файл, създаден в сътрудничество с Hervé Petite, Лаборатория по биоинженерство и костно-артикуларна биомеханика (UMR 7052 - CNRS/Université Paris-Diderot) - ноември 2016 г.
Разберете проблема
Кост, непрекъснато променяща се тъкан
Костта непрекъснато се подлага на процес на обновяване и възстановяване: по този начин нашият костен капитал се адаптира към биомеханичните изисквания на нашето съществуване, замествайки старата тъкан с нова тъкан.
Как работи? Костите са изградени от клетки, остеоцити, заобиколен от минерализиран извънклетъчен матрикс. Тази матрица се обновява благодарение на баланса между действието на два вида клетки: остеобласти и остеокласти. The остеобласти синтезират костната матрица, докато остеокласти елиминират стареенето на костната тъкан под въздействието на различни хормони и механичен стрес.
Този процес придава на костта невероятни самолечебни свойства, което я прави способна да се регенерира, ако е повредена. По този начин, след фрактура, пренастройката и задържането на крайника обикновено са достатъчни за заздравяване: чрез генериране на нова тъкан, процесът наостеогенеза запълва дефицита поради фрактурата, като възстановява функционалната ефективност на костта.
Когато костта не успее да се регенерира сама
В някои случаи обаче този естествен процес на самолечение е недостатъчен: около един на всеки десет механични или биологични проблеми предотвратяват самоизлекуването на фрактурата. В допълнение, определени патологии (като псевдоартроза) или хирургични интервенции (отстраняване на тумори, кисти, инфекциозни огнища) могат да доведат до значителни загуби на костно вещество, което остеогенезата няма да бъде достатъчна за отстраняване. След това трябва да се подпомогне възстановяването на костта.
Това е целият смисъл на костно биоинженерство. Също така понякога говорим за биоортопедия, дисциплина, чрез която изследователите, лекарите и специалистите по материали имат за цел да възстановят функционалната скелетна тъкан с добри биологични и механични свойства.
Присаждане на кост и нейните граници
Автотрансплантация
Първото решение, което се смята за възстановяване на кост, е присаждането на костна фракция, взета от другаде в тялото на пациента. Това се нарича аутотрансплантационна кост. Мястото, избрано за прибиране на присадката, често е илиачният гребен (горният ръб на тазовата кост). Отменената, кортикална или кортикоспонгова част на костта се отстранява в зависимост от очакваната полза. Кортикалната кост е по-плътна, по-здрава и по-малко чуплива от губестата кост; последният обаче представлява резервоар от стволови клетки, способен да произвежда костна тъкан след трансплантация.
Автоложната трансплантация не предизвиква защитен имунен отговор, тъй като тъканта идва от пациента. Това обаче води до a значителна клетъчна смърт в трансплантираната тъкан. Капацитетът на присадката да произвежда нови костни клетки може да компенсира тази загуба, но това зависи по-специално от васкуларността на присадката. Последното наистина е от съществено значение за реконструираната кост: съдовете осигуряват енергията и хранителните вещества, необходими за клетъчната пролиферация. Освен това автографът предполага две операции (отстраняване, след това трансплантация) които могат да причинят усложнения (болка, абсцес, невралгия). Размерът на присадката необходимо за попълване е друго важно ограничение.
Трансплантацията с донор
Когато костната присадка идва от донор, тя се нарича алографт . Костните банки, използвани за този терапевтичен подход, по същество се състоят от проби, взети по време на монтирането на тазобедрените протези. Взетата по време на тази операция тъкан (главата на бедрената кост) се подлага на различни лечения за премахване на костни, хрущялни, съдови и кръвни стволови клетки с висок потенциал за имунно отхвърляне. Ние запазваме само минералната рамка, съхранявани при много ниска температура, за бъдещи трансплантации при пациенти.
Алотрансплантатът обаче не предизвиква образуване на кост: той служи най-много като водач, върху който костта ще може да израства обратно. Но тази реколонизация обикновено е много ограничена. Също така, изследванията работят за производство на костни заместители със сходни свойства, но също така способни да образуват нова костна тъкан.