Спондилодез часто выполняется для восстановления стабильности позвоночника у пациентов с заболеваниями позвоночника, такими как стеноз позвоночника, переломы позвонков, прогрессирующие деформации и нестабильность. За последние два десятилетия заметно увеличилось число людей старше 65 лет, которым потребовалась операция по сращению позвоночника.
Хотя аутогенные костные трансплантаты долгое время считались эталоном для спондилодеза, болезненный псевдоартроз остается основной причиной плохих клинических исходов. Поэтому многие исследователи сосредоточились на попытке создать биомиметический каркас, который индуцирует васкуляризацию, чтобы обеспечить регенерацию костной ткани и спондилодез .
В обзоре прикладной физики исследователи из Университета Сунгюнкван в Южной Корее представляют решение проблемы изготовления биомиметических каркасов. Команда разработала микроканальный каркас из комбинации коллагена и гидроксиапитита, при этом каждая стойка состоит из микроканалов микрометрового размера. Микроканалы индуцировали рост кровеносных сосудов на модели мышей .
«Поскольку изготовление биомиметических каркасов является сложной задачей, новшество этого исследования заключается в добавлении дополнительной иерархии к структуре в виде микроканалов», — сказал автор Гын Хён Ким. «Это было достигнуто с помощью стратегии 4-D печати, в которой используется одностороннее изменение формы».
Исследователи напечатали смеси несмешивающихся полимеров, которые действуют как двойной отрицательный шаблон, чтобы изготовить биомиметический иерархический каркас коллаген / гидроксиапатит. Затем последовали процессы одностороннего преобразования формы (4-D печать) и нанесения покрытия.
Коллаген известен как гидрофильный материал, и многочисленные исследования in vivo показали, что он обладает превосходной клеточной активностью. В случае каркаса из коллагена / гидроксиапатита с микроканализацией исследователи отметили значительно более высокую водопоглощающую способность по сравнению с обычным коллагеновым каркасом в результате капиллярного давления, создаваемого микроканалами. Следовательно, исследования in vivo показали отличную инфильтрацию клеток в микроканалы.
В дальнейшем исследователи будут исследовать улучшение механических свойств каркаса. Кроме того, контроль механических свойств каркаса сделает возможным универсальное применение микроканалированного каркаса коллаген / гидроксиапатит.
«Я считаю, что разработанные каркасы могут иметь множество применений с трубчатыми структурами, такими как мышцы, сухожилия и нервы», — сказал Ким.
Скелетная мышца — это иерархическая организация, в которой мышечные волокна заключены в микроканалы, известные как эндомизий. Следовательно, разработанный каркас может действовать как эндомизий, обеспечивая проникновение мышечных волокон в каналы.