Summende for at genopbygge brækket knogle

Heling af brækkede knogler kan blive nemmere med en enhed, der både giver et stillads, hvor knoglen kan vokse på, og elektrisk stimulering til at presse den fremad, UConn-ingeniører rapporterede den 27. juni i Journal of Nano energi .

Selvom mindre knoglebrud normalt heler af sig selv, store brud med knuste eller manglende knoglestykker er sværere at reparere. Påføring af et lille elektrisk felt på stedet for bruddet for at efterligne kroppens naturlige elektriske felt hjælper cellerne med at regenerere. Men det medicinske udstyr, der gør dette, er normalt omfangsrigt, stole på elektriske ledninger eller giftige batterier, kræver invasiv fjernelsesoperation, og kan ikke gøre meget for alvorlige skader.

Nu, en gruppe biomedicinske ingeniører fra UConn har udviklet et stillads af ikke-giftig polymer, der også genererer et kontrollerbart elektrisk felt for at fremme knoglevækst. Stilladset hjælper kroppen med at bygge bro over store brud. Selvom mange forskere udforsker brugen af ​​stilladser for at fremme knoglevækst, at parre det med elektrisk stimulation er nyt.

Holdet demonstrerede enheden i mus med kraniebrud.

Den elektriske spænding, som stilladset genererer, er meget lille, kun et par millivolt. Og unikt for denne type enhed, spændingen genereres via fjernstyret ultralyd. Ultralyden vibrerer polymerstilladset, som derefter skaber et elektrisk felt (materialer, der skaber elektricitet fra vibrationer, eller omvendt, kaldes piezoelektriske.) For at hjælpe med at helbrede et lårbrud, for eksempel, polymerstilladset kan implanteres hen over den brækkede knogle. Senere, personen med den brækkede knogle kan selv vifte med ultralydsstaven over sit eget lår. Intet behov for batterier, og intet behov for invasiv fjernelsesoperation, når knoglen er helet.

"Det elektriske felt relaterer sig til det naturlige signal, der genereres af din krop på skadesstedet. Vi kan opretholde den spænding, efter behov og reversibel, " så længe det er nødvendigt ved brug af ultralyd, siger UConns biomedicinske ingeniør Thanh Nguyen. Den piezoelektriske polymer Nguyen og hans kolleger bruger til at bygge stilladset kaldes poly(L-mælkesyre), eller PLLA. Ud over at være giftfri og piezoelektrisk, PLLA opløses gradvist i kroppen over tid, forsvinder, efterhånden som den nye knogle vokser.

"Det elektriske felt skabt af det piezoelektriske PLLA-stillads ser ud til at tiltrække knogleceller til stedet for bruddet og fremme stamceller til at udvikle sig til knogleceller. Denne teknologi kan muligvis kombineres med andre faktorer for at lette regenerering af andet væv, som brusk, muskler eller nerver, " siger Ritopa Das, en kandidatstuderende i Nguyen-gruppen og den første forfatter til det offentliggjorte papir.

I øjeblikket arbejder Nguyen og hans kolleger på at gøre polymeren mere gunstig for knoglevækst, så det heler et stort brud hurtigere. De forsøger også at forstå, hvorfor elektriske felter overhovedet fremmer knoglevækst. Knogle i sig selv er noget piezoelektrisk, genererer en overfladeladning, når knoglen er stresset af hverdagens aktiviteter. Denne overfladeladning tilskynder mere knogle til at vokse. Men forskerne ved ikke, om det er fordi det hjælper celler med at klæbe til overfladen af ​​knoglen, eller om det gør cellerne selv mere aktive.

"Når vi forstår mekanismen, vi kan udtænke en bedre måde at forbedre materialet og hele tilgangen til vævsstimulering på, " siger Nguyen.