Udvikling af en 3-D titanium-baseret struktur for at forbedre knogleimplantater

Et forskerhold fra University of Malaga, det andalusiske center for nanomedicin og bioteknologi-BIONAND, De Kanariske Øers Teknologiske Institut, virksomheden Osteobionix, og CIBER (Networking Center for Biomedical Research) har udviklet en belægning til titaniumproteser baseret på 3-D forgrenede polymerer, som kan inkorporere stoffer, der letter binding til knoglen. Denne mekanisme letter genkendelse af knogleceller af implantatet, dermed forbedre osseointegration og forhindre både afstødning og slid af knoglemassen og selve implantatet.

Resultatet er et titaniumimplantat belagt med en tredimensionel forgrenet nanostruktur, kaldet dendrimer, der fungerer som en bro mellem titanium og knogle og som også fører stoffer, der letter dannelsen af ​​nyt væv ind på proteseoverfladen. Dette sikrer, at den sunde komponent binder sig til protesen, så fikseringen sker på en naturlig måde, mere stabile og længerevarende end i de nuværende.

Metoden foreslået af forskerne i artiklen "Dendritic Scaffold onto Titanium Implants. A Versatile Strategy Increasing Biocompatibility, " offentliggjort i tidsskriftet Polymerer , giver implantaterne specifikke egenskaber, da de har en mere homogen struktur med større integritet, hvilket giver mindre slid. Det giver også mulighed for at kontrollere dets sammensætning til administration af specifikke lægemidler for at undgå afvisninger og infektioner.

Specifikt, eksperterne inkluderede fragmenter af proteiner, som kroppen producerer naturligt, kendt som fibronectiner, som fremmer bindingen af ​​knogleceller til implantatet. Disse molekyler får cellerne til at vokse og proliferere, resulterer i større accept af det ydre element. Leonor Santos-Ruiz, en forsker ved University of Malaga og en af ​​forfatterne til artiklen, erklærede til Fundación Descubre:"Integrinerne af cellerne fungerer som perfekte kroge, der binder sig til fibronectin-fragmenterne, der indføres i dendrimerstrukturen, at opnå en robust integration mellem implantatet og organismen."

På denne måde hver gren af ​​stilladset bliver fastgjort til knoglen med disse kroge, derved forankrer implantatet og hjælper forbindelserne til at opstå naturligt takket være integrationen af ​​metallet med det levende væv. "Disse unikke egenskaber gør dendrimere systemer velegnede til en lang række anvendelser inden for regenerativ medicin, " tilføjede forskeren.

Dermed, ud over fibronectiner, andre stoffer kan inkorporeres, såsom antiinflammatoriske stoffer, som fremmer vævsgenvinding efter installation af protesen, eller antibiotika, for at undgå hyppige problemer i nuværende implantater, såsom bakterielle infektioner.

Implantater blev til knogler

Problemerne som følge af udskiftninger med metalmateriale skyldes normalt overbelastning, som kan føre til tab af sunde knogler, slid på selve implantatet, eller en dårlig knogle-implantat-interaktion, der resulterer i afstødning eller infektion.

Eksperterne arbejder allerede på at bekræfte egnetheden af ​​dets anvendelse hos patienter, som det er blevet påvist i laboratoriet. Ud over, de anser det for en levedygtig og anvendelig mulighed for tandimplantater, og for fuld kæbe, hofte- eller knæproteser. "Sidstnævnte har i øjeblikket en arbejdstid på omkring 10 år. Med denne nye struktur ville varigheden være længere, " konkluderede forskeren.

Disse eksperters arbejde modificerede overfladerne af dendrimererne med fragmentet af fibronectin kendt som "RGD-domæne, " som kun består af tre aminosyrer (arginin, glycin, og aspartat), der tjener som et anker for cellemembranreceptorerne kaldet integriner. Disse receptorer transmitterer til cellerne adskillige afgørende signaler om det omgivende miljø og bestemmer, om cellen kan klæbe til et bestemt materiale eller ej.

Metallerne, polymerer og syntetiske produkter, der bruges til at fremstille nutidens proteser, mangler RGD-domænet, da de ikke er biologiske materialer, og derfor er det svært for cellerne at genkende dem. Når metallet er belagt med en dendrimer, der bærer RGD-domænet, cellen finder et ankerpunkt i det metal og binder sig naturligt til det. Denne sammensætning har derfor begunstiget og forbedret cellulær vedhæftning til titaniumoverflader, hvilket øger dets biokompatibilitet, det er, dens evne til at blive accepteret af organismen. Ved at gøre det, dendrimeren er fikseret til knoglen, som fortolker det som en del af sig selv og ikke som noget fremmed, og både implantatet og det sted, hvor det er installeret, er i stand til at tale det samme 'biologiske sprog', og der er ingen afvisning.