Впервые ученые смогли изучить, насколько хорошо синтетические костные трансплантаты противостоят суровости и «нагрузкам» жизни, и как быстро они помогают росту и восстановлению кости.

Исследователи во главе с доктором Gianluca Tozzi из Университета Портсмута первыми исследовали деформации между костью и трансплантатом на животных моделях в 3D и в микроскопических деталях.

Доктор Tozzi надеется, что это окно на живые костные трансплантаты поможет ученым найти способы улучшить способность организма отрастать собственную кость, и больше шансов хирурги могут предсказать успех синтетического трансплантата.

Каждые три секунды человек ломает кость из-за повышенной хрупкости. Хрупкие кости легко ломаются, а также их сложнее восстанавливать, особенно когда область дефекта обширна. Очень важно, чтобы мы понимали, что происходит, когда кость контактирует с трансплантатом, чтобы мы могли с большим успехом разрабатывать сложные материалы для замены.

Кости представляют собой очень сложные биологические ткани, и синтетический заменитель кости должен иметь особые требования, чтобы обеспечить кровоснабжение и стимулировать рост новой кости.

В этом смысле новое поколение синтетических трансплантатов обладает способностью к резорбции организмом во времени, что обеспечивает постепенную регенерацию кости в месте дефекта. Однако биоматериалы, которые разрушаются слишком быстро, не дают достаточно времени для роста новой кости, а трансплантаты, которые разрушаются слишком медленно, могут вызвать механическую нестабильность в месте имплантации. Важно понять это правильно.Доктор Gianluca Tozzi из Университета Портсмута

Миллионы людей в год в Великобритании получают костный трансплантат. Они обычно используются в позвоночнике, бедре, колене и лодыжке. Их роль заключается в том, чтобы в сломанной кости образовались перемычки, которые слишком велики для того, чтобы кость закрылась сама по себе. Они также используются в зубных имплантатах, чтобы помочь зубам прикрепиться к челюстной кости.

Некоторые трансплантаты могут быть сделаны с использованием фрагмента собственной кости пациента или других источников, но это более инвазивно и может вызывать побочные реакции. Поэтому все чаще для трансплантатов делают синтетические материалы, в том числе стекло, керамику.

Доктор Tozzi и его коллеги использовали рентгеновскую компьютерную томографию синхротрона (SR-XCT) в Алмазном источнике света и в лабораторных системах в Глобальном центре Zeiss в Университете Портсмута, чтобы лучше понять эффективность материалов для трансплантации и их способность способствовать заживлению костей.

В недавно опубликованном исследовании ACS Biomaterials Science & Engineering они изучили микромеханику и эволюцию микроповреждений четырех различных систем костей и биоматериалов, сочетающих в себе синхротронную томографию высокого разрешения и цифровую корреляцию объема.

Доктор Tozzi сказал: «Очень важно, чтобы мы могли взглянуть на взаимодействие между костью и трансплантатом и оценить их несущую способность, чтобы понять как биологическую интеграцию, так и структурную целостность вмешательства.

«Проводя покадровые эксперименты с такими конструкциями, мы могли наблюдать прогрессирование повреждения и впервые увидеть, как можно использовать штамм для понимания и потенциального прогнозирования клинического исхода биоматериалов в живом организме, значительно улучшая наши знания».