Forskere opfinder nanopartikler, der kan forbedre behandlingen af ​​knoglefejl

Et team af biomateriale videnskabsmænd og tandlæger ved UCLA School of Dentistry har udviklet en nanopartikel, der baseret på indledende forsøg med dyr, kunne forbedre behandlingen af ​​knoglefejl.

Et papir, der beskriver fremskridtet, er offentliggjort i dag i tidsskriftet Videnskabens fremskridt .

Knoglefejl, som kan være forårsaget af traumatisk skade, infektion, osteoporose eller fjernelse af tumorer, er svære for ortopædkirurger at behandle. Og behovet for knogletransplantationer bliver mere almindeligt blandt andet takket være vores aldrende befolkning:Knogleskader er især udbredt blandt ældre.

I dag, standardbehandlingen for knogledefekter er et knogletransplantat, som involverer transplantation af sund knogle fra en anden del af kroppen for at reparere det beskadigede område. Imidlertid, proceduren kan forårsage komplikationer, herunder infektioner, hvorfra den transplanterede knogle er taget, blødning og nerveskader.

Så forskerne vendte deres opmærksomhed mod liposomer, små sfæriske sække, der er afledt af naturligt eksisterende lipider. Liposomer har været brugt siden 1990'erne til behandling af kræft og infektionssygdomme, og for nylig er de blevet udforsket for deres mulige anvendelse i knoglevævsteknik. De kan bruges til at administrere næringsstoffer og farmaceutiske lægemidler i kroppen og kan nemt komme ind i celler for at administrere deres værdifulde last, men de har nogle ulemper:De er fysisk ustabile, og det kan være svært at kontrollere, hvordan og hvornår de frigiver stoffer.

For at hjælpe med at forbedre deres stabilitet og forbedre deres evne til at danne knogler i kroppen, UCLA-forskerne udviklede en ny type liposom kaldet et sterosom. (Navnet er inspireret af det faktum, at de indeholder en høj koncentration af steroider.)

For at producere sterosomerne, forskerne erstattede kolesterol, en vigtig bestanddel af liposomer, med oxysterol, en type kolesterol, der har en nøglerolle i skeletudvikling og knogleheling. I forsøg med mus med knogledefekter, forskerne fandt ud af, at sterosomerne med succes aktiverede knogleregenerering på egen hånd, uden behov for terapeutiske lægemidler.

"Liposomer er generelt lavet af farmakologisk inaktive stoffer, " sagde Min Lee, avisens tilsvarende forfatter og professor i biomaterialevidenskab på tandlægeskolen. "Inkludering af oxysterol i vores liposomale formulering øgede ikke kun nanopartikelstabiliteten, men stimulerede også celler til at udvikle sig til knogledannende celler."

I en anden fase af undersøgelsen forskerne ville se, hvordan de kunne gøre sterosomet endnu mere effektivt.

De tilføjede deres sterosom nanopartikel til et vævsteknisk stillads - en struktur, der ofte bruges til at flytte og dyrke naturligt forekommende stamceller, som er afstemt efter defektstedet og bruges under knogletransplantationsprocedurer. De fyldte sterosomerne med et knogleopbyggende lægemiddel kaldet purmorphamin. Næste, de immobiliserede det lægemiddelfyldte sterosom på et stillads for at sikre, at sterosomerne forblev koncentreret i de defekte områder og frigav lægemidlerne, hvor de var mest nødvendige så længe som muligt.

I en seks-ugers undersøgelse med mus med knogledefekter i deres kranier, forskerne så en gennemsnitlig reduktion på omkring 50 % i størrelsen af ​​defekterne, efter at det lægemiddelfyldte stillads blev implanteret.

"Ved at bruge vores nanopartikel, som vi fandt har iboende knogledannende egenskaber, sammen med tilføjelse af terapeutiske lægemidler, vi var i stand til at fremskynde knogleregenereringsprocessen, " sagde Lee. "Vores nanopartikelpakkede lægemidler vil være nyttige i mange kliniske situationer, hvor knogletransplantation er påkrævet for at behandle ikke-helende skeletdefekter og relaterede knoglepatologier."

Dr. Paul H. Krebsbach, professor i paradentologi og dekan for tandlægeskolen, sagde, "Forskning ledet af Min Lee og hans team viser, at UCLA Dentistrys forskningsbestræbelser går langt ud over at behandle sygdommene i mundhulen, og deres resultater har bredere implikationer for behandling af knogledefekter i hele kroppen."