Исследование продемонстрировало жизнеспособность тканевых каркасов, напечатанных на 3D-принтере, которые безвредно разрушаются, способствуя регенерации тканей после имплантации, - пишет new.eurekalert.org.
Каркасы показали многообещающие свойства заживления тканей, включая способность поддерживать миграцию клеток, «врастание» тканей и реваскуляризацию (рост кровеносных сосудов).
Профессор Эндрю Дав из Школы химии Бирмингемского университета возглавлял исследовательскую группу и является ведущим автором статьи, опубликованной в Nature Communications, в которой описываются физические свойства каркасов и объясняется, как их «память формы» является ключом к способствует регенерации тканей.
Профессор Дав прокомментировал: «Каркасы имеют равномерно распределенные и взаимосвязанные поры, которые обеспечивают диффузию питательных веществ из окружающих тканей. Память формы означает, что эта структура сохраняется, когда каркас имплантируется в ткани, и это поддерживает инфильтрацию клеток в каркас, одновременно поощряя регенерация тканей и реваскуляризацию».
Каркасы были созданы с использованием смол для 3D-печати, разработанных в ходе крупной программы исследований биоматериалов, проводимой профессором Эндрю Давом из Университета Бирмингема и Университета Уорвика. Смолы продаются под торговой маркой 4Degra™ компанией 4D Biomaterials, дочерней компанией University of Birmingham Enterprise и Warwick Innovations, которая была запущена в мае 2020 года.
Каркасы показали несколько основных преимуществ по сравнению с существующими подходами, используемыми для заполнения пустот в мягких тканях, которые остаются после травмы или хирургического вмешательства, включая достаточную эластичность, чтобы соответствовать неровным пространствам, способность подвергаться сжатию до 85%, прежде чем вернуться к своей исходной геометрии, совместимость с ткани и нетоксичное биоразложение.
В статье описывается несколько составов смол 4Degra™, которые позволяют изготавливать материалы с широким диапазоном прочности. Все композиции включают фотоинициатор и фотоингибитор, чтобы смолы быстро превращались в гель при воздействии света в видимом спектре, что позволяет их 3D-печатью на каркасах различной геометрии.
Исследователи показали, что материалы не токсичны для клеток, и они также выполнили механические испытания, чтобы убедиться, что каркасы могут восстановить свою форму, геометрию и размер пор после сжатия, а также провели тесты, которые показали, что каркасы могут заполнять пустоты неправильной формы в альгинатном геле, который использовался как имитация мягких тканей.
Лабораторные исследования показали, что каркас разлагается в результате поверхностной эрозии на некислые продукты, что означает, что структура каркаса обеспечивает медленную и непрерывную инфильтрацию тканей.
Результаты были подтверждены на мышиной модели, которая имитирует имплантацию в жировую ткань. Эти исследования показали инфильтрацию адипоцитов и фибробластов и васкуляризацию через два месяца, а также расположение тканей и присутствие макрофагов, которые свидетельствовали о восстановлении нормальной ткани, а не о поврежденной, рубцовой ткани или воспалительной реакции.
Через четыре месяца исследователи обнаружили в окружающей ткани маленькие зрелые кровеносные сосуды. Каркасы также продемонстрировали отличную биосовместимость. Коллагеновая капсула, сформированная вокруг имплантатов, имела толщину менее 200 мкм, что значительно ниже порога в 500 мкм, используемого для определения биосовместимости в других исследованиях, и не было кальцификации или некроза.
Также через четыре месяца 80% каркаса все еще присутствовало, демонстрируя медленную деградацию, предсказанную лабораторными исследованиями, и указывает на то, что каркасы будут обеспечивать поддержку в течение более года, обеспечивая достаточное время для прорастания зрелой ткани. Контроли, которые использовали поли (L-молочную кислоту) (PLLA) в качестве средства сравнения, не показали значительного снижения за четырехмесячный период.
Профессор Дав комментирует: «3D-печатным материалам уделяется большое внимание в мире тканевой инженерии. Однако материалы, заполняющие пустоты, обеспечивают механическую поддержку, биосовместимость и характеристики поверхностной эрозии, которые обеспечивают постоянную поддержку тканей в процессе заживления, а это означает, что четвертое измерение (время) необходимо учитывать в материальном дизайне. Мы продемонстрировали, что можно изготавливать высокопористые каркасы с памятью формы, а наши процессы и материалы позволят производить самоподбирающиеся каркасы, которые принимают геометрию пустот мягких тканей при минимально инвазивной хирургии без деформации или давления на окружающие ткани. Со временем каркас разрушается с минимальным набуханием, что обеспечивает медленную непрерывную инфильтрацию тканей без механического разрушения».
4D Biomaterials добилась быстрого прогресса в расширении
производства чернил на основе смол 4Degra™ в своей лаборатории в
MediCity, Ноттингем (Великобритания), и теперь предлагает
материалы технического качества для коммерческих поставок
компаниям, занимающимся 3D-печатью, и производителям медицинского
оборудования.
[Фото: ru.123rf.com/profile_tatyanakyz/]
