Wissenschaftler der School of Biomedical Engineering der Sun Yat-sen-Universität haben röhrenförmige Gerüste aus elektrogesponnenen Membranen entwickelt, die die Knochenregeneration bei kritischen Schädeldefekten deutlich verbessern.
Diese Gerüste, die die natürliche Knochenstruktur nachahmen, schaffen eine ideale Umgebung für das Gedeihen von aus Fettgewebe gewonnenen Stammzellen (rADSCs) und eine beschleunigte Heilung.
Durch die Integration moderner Materialien wie Polycaprolacton, PLGA und Nano-Hydroxylapatit erzielten die Forscher sowohl in Labor- als auch in Tierstudien bemerkenswerte Ergebnisse und ebneten damit den Weg für innovative Behandlungen bei der Reparatur von Knochendefekten. Diese Studie stellt einen großen Fortschritt in der Gewebezüchtung und regenerativen Medizin dar.
Knochendefekte kritischer Größe stellen im medizinischen Bereich eine große Herausforderung dar. Traditionelle Behandlungen mit autologen und allogenen Transplantaten sind durch Spenderknappheit, Größenunterschiede zwischen Transplantaten und Defektbereichen sowie Immunabstoßung eingeschränkt, was eine breite Anwendung verhindert. Die Knochengewebetechnik bietet eine neue Lösung durch die Kombination von Zellen mit Biomaterialien.
Aus Fettgewebe gewonnene Stammzellen (ADSCs) haben aufgrund ihrer leichten Zugänglichkeit und ihres starken osteogenen Differenzierungspotenzials in der Knochenregenerationsforschung an Bedeutung gewonnen. Die direkte Injektion von ADSCs führt jedoch zu einer kurzen Überlebenszeit, während die Kombination mit Gerüstmaterialien die In-vivo-Retention und die Knochenregenerationsleistung deutlich verbessert.
In der aktuellen Forschung werden Techniken wie Elektrospinnen und 3D-Druck eingesetzt, um Gerüste herzustellen, die Knochen imitieren und so die Knochenregeneration erheblich fördern.
Die Integration chemischer Signale wie Wachstumsfaktoren in die physikalischen Eigenschaften von Gerüsten kann die osteogene Differenzierung von ADSCs weiter verbessern.
Trotz dieser Fortschritte bestehen weiterhin Einschränkungen bei der Nachahmung der hierarchischen Struktur von Knochen. Daher sind zur Verbesserung der klinischen Ergebnisse bei der Knochenregeneration weitere Optimierungen des Gerüstdesigns und der Kombinationsstrategien erforderlich.
Forscher der School of Biomedical Engineering der Sun Yat-sen-Universität haben unter Verwendung der Elektrospinntechnologie mehrschichtige zusammengesetzte Nanofasermembranen entwickelt, die Polycaprolacton (PCL), Poly(Milch-co-Glykolsäure) (PLGA) und Nano-Hydroxylapatit (HAp) enthalten.
Die Arbeit „Mit rADSCs beladene röhrenförmige Einheiten aus mehrschichtigen elektrogesponnenen Membranen förderten die Knochenregeneration bei Schädeldefekten kritischer Größe“ ist veröffentlicht im Journal Werkstoff-Futures.
Unter Bedingungen, bei denen das Verhältnis der Doppelschichtdicke 1:2 und die anfängliche Gesamtdicke 2,5 μm betrug, konnten sich BLCMs unter bestimmten Inkubationsbedingungen spontan zu 3D-Gerüsten verformen, nachdem sie in Struktureinheiten bestimmter Formen geschnitten worden waren. Diese Gerüste simulieren effektiv Knochen und bieten eine geeignete Mikroumgebung für rADSCs, um die Knochenregeneration zu fördern.
Die konstruierten Materialien weisen hervorragende Fähigkeiten bei der Förderung der rADSC-Proliferation und osteogenen Differenzierung auf und weisen ein erhebliches Potenzial für die Knochenregeneration auf.
Insbesondere verstärkten die röhrenförmigen Einheiten die Wirkung von rADSCs auf die Knochenregeneration, und die möglichen Zusammenhänge zwischen VEGF, BMP-2 und der 3D-Faserstruktur bei der Förderung der Osteogenese von rADSCs wurden in dieser Studie geklärt. Zukünftige Forschung sollte die Herstellung von Fasermembrangerüsten und den Mechanismus der geladenen MSCs bei der Knochenregeneration weiter untersuchen.
In dieser Studie wurden unter Einsatz der Elektrospinntechnologie mehrschichtige, zusammengesetzte, nanofaserige röhrenförmige Gerüste entwickelt, die Knochenstrukturen wirkungsvoll nachahmen und eine optimale Mikroumgebung für rADSCs zur Förderung der Knochenregeneration bieten.
Sowohl in vitro als auch in vivo erzielte Versuchsergebnisse deuten darauf hin, dass die konstruierten Fasermembranen ein erhebliches Potenzial für die Behandlung von Knochendefekten besitzen und einen vielversprechenden Ansatz für die Knochenregeneration darstellen.
Weitere Informationen:
Huamin Jiang et al., rADSC-beladene röhrenförmige Einheiten aus mehrschichtigen elektrogesponnenen Membranen förderten die Knochenregeneration bei Schädeldefekten kritischer Größe, Werkstoff-Futures (2024). DOI: 10.1088/2752-5724/ad66ea
Zur Verfügung gestellt vom Songshan Lake Materials Laboratory