Ny membranklasse vist at regenerere væv og knogler, levedygtig løsning til paradentose

Paradentose rammer næsten halvdelen af ​​amerikanere i alderen 30 år og ældre, og i sine fremskredne stadier, det kan føre til tidlig tandtab eller værre. Nylige undersøgelser har vist, at paradentose også kan øge risikoen for hjertesygdomme og Alzheimers sygdom.

Et team af UCLA-forskere har udviklet metoder, der kan føre til mere effektiv og pålidelig terapi for paradentose-sygdomme - dem, der fremmer regenerering af tandkødsvæv og knogler med biologiske og mekaniske funktioner, der kan justeres baseret på behandlingsbehov. Undersøgelsen er offentliggjort online i ACS Nano .

Paradentose er en kronisk, ødelæggende sygdom, der betænder tandkødet omkring tanden og til sidst nedbryder den struktur, der holder tanden på plads, dannelse af inficerede lommer, der fører til knogle- og tandtab. Nuværende behandlinger omfatter metoder til infektionsbekæmpelse; anvendelse af molekyler, der fremmer vævsvækst, også kendt som vækstfaktorer; og guidet vævsregenerering, som anses for den optimale standard for pleje til behandling af paradentose.

Vejledt vævsregenerering, i tilfælde af paradentose, involverer brug af en hinde eller tynd film, der kirurgisk placeres mellem det betændte tandkød og tanden. Membraner, som kommer i ikke-biologisk nedbrydelige og biologisk nedbrydelige former, er beregnet til ikke kun at fungere som barrierer mellem infektionen og tandkødet, men også som et leveringssystem for lægemidler, antibiotika og vækstfaktorer til tandkødsvævet.

Desværre, resultater fra guidet vævsregenerering er inkonsistente. Nuværende membraner mangler evnen til at regenerere tandkødsvæv direkte og er ikke i stand til at opretholde deres struktur og stabilitet, når de placeres i munden. Membranen kan heller ikke understøtte langvarig medicinafgivelse, som er nødvendigt for at hjælpe med at helbrede inficeret tandkødsvæv. For ikke-biologisk nedbrydelige membraner, flere operationer er nødvendige for at fjerne membranen, efter at nogen medicin er blevet frigivet - hvilket kompromitterer helingsprocessen.

"I betragtning af de nuværende ulemper med guidet vævsregenerering, vi så behovet for at udvikle en ny klasse af membraner, som har vævs- og knogleregenererende egenskaber sammen med en fleksibel belægning, der kan klæbe til en række biologiske overflader, " sagde Dr. Alireza Moshaverinia, hovedforfatter af undersøgelsen og assisterende professor i protetik ved UCLA School of Dentistry. "Vi har også fundet ud af en måde at forlænge tidslinjen for lægemiddellevering, som er nøglen til effektiv sårheling."

Holdet startede med en FDA-godkendt polymer - et storstilet syntetisk molekyle, der almindeligvis anvendes i biomedicinske applikationer. Fordi polymerens overflade ikke er egnet til celleadhæsion ved parodontal behandling, forskerne introducerede en polydopaminbelægning - en polymer, der har fremragende klæbende egenskaber og kan hæfte på overflader under våde forhold. Den anden fordel ved at bruge en sådan belægning er, at den fremskynder knogleregenerering ved at fremme mineralisering af hydroxyapatit, som er det mineral, der udgør tandemalje og knogle.

Efter at have identificeret en optimal kombination for deres nye membran, forskerne brugte elektrospinning til at binde polymeren med polydopaminbelægningen. Elektrospinning er en produktionsmetode, der samtidig spinder to stoffer med høj hastighed med positive og negative ladninger, og smelter dem sammen for at skabe ét stof. For at forbedre deres nye membrans overflade og strukturelle egenskaber, forskerne brugte metalnetskabeloner i forbindelse med elektrospinningen til at skabe forskellige mønstre, eller mikromønstre, ligner overfladen af ​​gaze eller en vaffel.

"Ved at skabe et mikromønster på overfladen af ​​membranen, vi er nu i stand til at lokalisere celleadhæsion og at manipulere membranens struktur, " sagde co-lead forfatter Paul Weiss, UC præsidentkandidat og anerkendt professor i kemi og biokemi, bioingeniør, og materialevidenskab og teknik ved UCLA. "Vi var i stand til at efterligne den komplekse struktur af periodontalt væv og, når den placeres, vores membran komplementerer den korrekte biologiske funktion på hver side."

For at teste sikkerheden og effektiviteten af ​​deres nye membran, forskerne injicerede rottemodeller med tandkøds-afledte humane stamceller og humane parodontale ligamentstamceller. Efter otte ugers evaluering af nedbrydningen af ​​membranerne og vævets respons, de observerede, at de mønstrede, polydopamin-belagt polymermembran havde højere niveauer af knogleforøgelse sammenlignet med modeller uden membran eller en membran uden belægning.

For at passe til en bred vifte af medicinske og dentale anvendelser, forskerne fandt også ud af en måde at justere den hastighed, hvormed deres membraner nedbrydes, når de blev indsat i deres modeller. Det gjorde de ved at tilføje og trække forskellige oxidative midler fra eller ved at bruge lettere polymerbaser, før de gik igennem elektrospinningsprocessen. Evnen til at skrue op eller ned for nedbrydningshastigheden hjalp forskerne med at kontrollere tidspunktet for leveringen af ​​lægemidler til de ønskede områder.

"Vi har fastslået, at vores membraner var i stand til at bremse paradentoseinfektioner, fremme knogle- og vævsregenerering, og forblive på plads længe nok til at forlænge leveringen af ​​nyttige lægemidler, " sagde Moshaverinia. "Vi ser, at denne applikation udvider sig ud over paradentosebehandling til andre områder, der har behov for fremskyndet sårheling og langvarig medicinafgivelse."

Forskernes næste skridt er at vurdere, om deres membraner kan levere celler med vækstfaktorer i nærvær eller fravær af stamceller.